开尔文探针力显微镜（扫描探针显微镜的开尔文模式）的发明是为了测量探针和样品之间的接触电势差[ 1 ]。目前，Kelvin模式基于两次通过技术。在遍中，使用标准的半接触模式（悬臂的机械激励）获取地形。在第二遍中，此形貌以距样品表面的设定提升高度回溯，以检测表面电势Ф（x）。在第二遍中，通过向施加包含直流和交流分量的电压V _tip，不再通过机械方式而是通过电方式激发悬臂

V _tip = V _dc + V _ac sin（wt）

与表面之间在电势V _s时产生的电容力F _cap为

F _cap =（1/2）（V -Ф（x））²（dC / dz）

其中C（z）是表面电容。一次谐波力

F _{cap w} =（dC / dz（V _dc -Ф（x）V _ac）sin（wt）

导致合适的悬臂振动。然后，反馈将改变直流电势V _dc，直到悬臂的w分量（以及力的w分量）消失，例如V _dc（x）等于Ф（x）。因此，映射V _dc（x）反映了沿样品表面的表面电势分布。如果未施加特殊的样品偏置电压，则此分布为接触电势差分布。

References

1. Appl. Phys. Lett. 58, 2921 (1991).