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(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理,即利用驅(qū)動(dòng)器與載物臺(tái)之間的摩擦力和慣性原理使目標(biāo)產(chǎn)生步進(jìn)式微位移.結(jié)合壓電陶瓷的性能,分析了在各種驅(qū)動(dòng)波形下,載物臺(tái)的移動(dòng)情況,并從微觀的角度對(duì)載物臺(tái)的移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析.通過(guò)實(shí)驗(yàn)選出一對(duì)最理想的曲線(xiàn)作為控制驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)的波形:控制探針和樣品的靠近和遠(yuǎn)離.此外,通過(guò)在不同驅(qū)動(dòng)電壓和控制周期數(shù)下,對(duì)載物臺(tái)移動(dòng)情況的測(cè)試,建立了載物臺(tái)移動(dòng)步長(zhǎng)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(dòng)器粗、細(xì)逼近和后退的移動(dòng)步長(zhǎng).在技術(shù)方法上,建立了STM系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置.在系統(tǒng)探頭設(shè)計(jì)方面,用新型的沖擊式微位移驅(qū)動(dòng)器代替原有的齒輪式控制器來(lái)達(dá)到探針-樣品間距的自動(dòng)定位,采用了一種方便探針和樣品裝卸的新方法,并對(duì)整個(gè)探頭系統(tǒng)進(jìn)行了防震和防噪處理及小型化設(shè)計(jì),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(duì)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(shí)受溫度漂移所帶來(lái)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(jì)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(jì).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(xiàn)性校正控制軟件及圖像優(yōu)化軟件的編寫(xiě).并在利用計(jì)算機(jī)和電路控制驅(qū)動(dòng)器時(shí),采用了分時(shí)復(fù)用的思想,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)裝置.在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用方面,利用自行研制的STM裝置,對(duì)不同樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).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