掃描隧道顯微鏡的新方法研究和系統(tǒng)研制.pdf

1、本文的主要研究工作內(nèi)容、研究特色和創(chuàng)新之處包括:在理論上,全面系統(tǒng)的揭示了新驅(qū)動機構(gòu)的工作原理,即利用驅(qū)動器與載物臺之間的摩擦力和慣性原理使目標產(chǎn)生步進式微位移.結(jié)合壓電陶瓷的性能,分析了在各種驅(qū)動波形下,載物臺的移動情況,并從微觀的角度對載物臺的移動過程進行分析.通過實驗選出一對最理想的曲線作為控制驅(qū)動器移動的波形:控制探針和樣品的靠近和遠離.此外,通過在不同驅(qū)動電壓和控制周期數(shù)下,對載物臺移動情況的測試,建立了載物臺移動步長與控制電

2、壓及周期數(shù)之間的關(guān)系圖表,根據(jù)圖表選定最適合的情況作為控制驅(qū)動器粗、細逼近和后退的移動步長.在技術(shù)方法上,建立了STM系統(tǒng)的實驗裝置.在系統(tǒng)探頭設(shè)計方面,用新型的沖擊式微位移驅(qū)動器代替原有的齒輪式控制器來達到探針-樣品間距的自動定位,采用了一種方便探針和樣品裝卸的新方法,并對整個探頭系統(tǒng)進行了防震和防噪處理及小型化設(shè)計,提高了系統(tǒng)的抗干擾能力.另外,將前置放大器盡量的與探頭系統(tǒng)靠在一塊,有利于減小外界對系統(tǒng)的影響,采用四象限壓電陶瓷掃描

3、器,有利于減少圖像在掃描時受溫度漂移所帶來的影響,提高了系統(tǒng)的整體性能.在系統(tǒng)的控制電路設(shè)計方面,完成了前置放大、反饋控制、定位控制等電路的優(yōu)化設(shè)計.在系統(tǒng)的軟件控制方面,完成了定位控制軟件、壓電陶瓷非線性校正控制軟件及圖像優(yōu)化軟件的編寫.并在利用計算機和電路控制驅(qū)動器時,采用了分時復用的思想,簡化了系統(tǒng)裝置.在實驗和應用方面,利用自行研制的STM裝置,對不同樣品進行了實驗.成功地獲得了高定向熱解石墨和硅基底鍍金樣品表面在不同掃描參數(shù)下