本文關鍵詞：顯微監(jiān)控型掃描隧道顯微鏡研制

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【摘要】：納米科技是近年來迅速發(fā)展的前沿領域,而以掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)為代表的掃描探針顯微鏡(SPM)是納米科技發(fā)展的重要基礎。自1982年問世以來,STM逐漸發(fā)展成為納米科技以及相關領域的工作者不可或缺的研究儀器及工具,因此,對STM系統(tǒng)進行研究和優(yōu)化具有重要的理論意義和實用價值。目前,STM儀器主要依賴進口,雖然這些儀器具有各方面的優(yōu)點,但仍然存在系統(tǒng)龐大,操作復雜、抗震要求苛刻、大多無顯微監(jiān)控等局限性。針對STM系統(tǒng)的發(fā)展現狀,本文選定基于USB顯微監(jiān)控的STM技術及系統(tǒng)開展研究工作,主要的研究內容及取得的成果包括以下幾個方面：提出和發(fā)展了一種USB顯微監(jiān)控型STM系統(tǒng)的新方法,將新型STM探頭與顯微監(jiān)控單元相結合,自行研制和優(yōu)化了掃描與反饋控制電路系統(tǒng),開發(fā)了新型的STM軟件,研發(fā)出USB顯微監(jiān)控型STM系統(tǒng),得到理想的研究結果。研究設計了新型的STM探頭,由STM探針、樣品、XYZ掃描控制器、粗調和微調機構、USB顯微監(jiān)控單元等部分組成。采用三軸正交的XYZ掃描控制器,提高STM系統(tǒng)的掃描驅動和承載能力；將STM探頭與USB顯微監(jiān)控單元相結合,實現了對微樣品—探針逼近過程的實時顯微監(jiān)控；整個探頭采用緊湊的一體化設計,大大提高了STM的抗震性、穩(wěn)定性和實用性。研制了STM的掃描與反饋控制電路系統(tǒng),包括偏壓電路、前置放大器、比例—積分—微分(PID)反饋控制電路、XY掃描控制電路、高壓放大電路模塊和硬件接口等部分。偏壓電路可以實現偏置電壓的無級調節(jié),前置放大器可將0.1～10 nA范圍內的隧道電流轉換成電壓信號,PID反饋控制電路可實現樣品—探針間距的微納米反饋調節(jié),并可實現等高和恒流兩種工作模式的切換。研發(fā)了STM的軟件系統(tǒng)。該軟件具備隧道電流的預檢測功能,可以預先實時讀取樣品—探針之間隧道電流的大小,有效地實現偏壓和參考電流等參數的預設置；以此為基礎,實現樣品的STM掃描成像,并具備STM圖像的二維與三維顯示、標尺設定及圖像處理等功能。研究建立了USB顯微監(jiān)控型STM系統(tǒng),并開展了充分的實驗研究。首先進行了系統(tǒng)的性能測試、分析與優(yōu)化研究,其最大掃描范圍4000 nmx4000 nm,顯微監(jiān)控單元的總放大倍數可在10～500倍任意調節(jié),可以監(jiān)測到的隧道電流最小為0.1 nA,即Z向分辨率為0.1 nm。在此基礎上,在多種掃描范圍、多種掃描參數條件下,對多種樣品開展了STM掃描成像實驗,得到了滿意的實驗結果,證明了本文的USB顯微監(jiān)控型STM系統(tǒng)具備的優(yōu)良特性,為實際推廣應用提供了技術基礎。
【關鍵詞】：掃描隧道顯微鏡 隧道電流 顯微監(jiān)控 掃描控制器 STM圖像
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH742
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 掃描探針顯微鏡11-15
• 1.1.1 SPM家族概述11-15
• 1.1.2 SPM的應用15
• 1.2 掃描隧道顯微鏡(STM)技術及其優(yōu)缺點15-21
• 1.2.1 STM的發(fā)展現狀15-17
• 1.2.2 STM的研究與應用17-20
• 1.2.3 STM的優(yōu)缺點20-21
• 1.3 本文的研究內容21-23
• 第2章 掃描隧道顯微鏡的原理與系統(tǒng)23-39
• 2.1 STM的工作原理23-25
• 2.1.1 隧道效應理論23-24
• 2.1.2 STM的成像機制24-25
• 2.2 STM的工作模式25-29
• 2.2.1 等高模式25-26
• 2.2.2 恒流模式26-27
• 2.2.3 其他模式27-29
• 2.3 STM系統(tǒng)的組成29-39
• 第3章 顯微監(jiān)控型掃描隧道顯微鏡研制39-57
• 3.1 顯微監(jiān)控型STM的總體結構39-40
• 3.2 新型STM探頭設計40-46
• 3.2.1 探針及其制備40-42
• 3.2.2 掃描與反饋控制器42-44
• 3.2.3 粗調和微調機構44-45
• 3.2.4 顯微監(jiān)測系統(tǒng)45
• 3.2.5 屏蔽與防震45-46
• 3.3 掃描與反饋控制電路46-52
• 3.3.1 前置放大器47-48
• 3.3.2 偏壓電路48-49
• 3.3.3 PID反饋控制模塊49-51
• 3.3.4 一體化的掃描與反饋放大電路51-52
• 3.4 計算機硬件接口及軟件52-57
• 3.4.1 PCI 8620型A/D&D/A接口卡52-54
• 3.4.2 STM系統(tǒng)軟件54-57
• 第4章 STM系統(tǒng)性能測試、分析與優(yōu)化研究57-63
• 4.1 引言57
• 4.2 樣品—探針進給過程的顯微監(jiān)控57-59
• 4.2.1 樣品—探針粗調過程的顯微監(jiān)控57-58
• 4.2.2 微調進給的顯微監(jiān)控58-59
• 4.3 隧道電流的實時檢測59-61
• 4.3.1 STM系統(tǒng)的隧道電流分辨特性60
• 4.3.2 不同偏置電壓下隧道電流監(jiān)測60-61
• 4.4 基于標準樣品的STM性能測試61-63
• 第5章 顯微監(jiān)控型STM的掃描實驗研究63-69
• 5.1 掃描重復性測試63-65
• 5.2 不同掃描測試條件的掃描實驗65-67
• 5.2.1 利用不同探針材料的掃描實驗65-66
• 5.2.2 不同偏壓設置的掃描實驗66-67
• 5.3 鍍金聚丙烯基片表面的STM成像67
• 5.4 石墨樣品的STM掃描成像67-69
• 第6章 總結與展望69-71
• 6.1 研究工作總結69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻71-75
• 作者簡介及研究成果75

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1 向東;王青玲;柳金鳳;何開華;;在掃描隧道顯微鏡實驗中開展研究性學習[J];實驗室研究與探索;2007年03期

2 姜宇;徐送寧;;掃描隧道顯微鏡探針針尖的制作[J];中國高新技術企業(yè);2008年09期

3 柴立全;楊樂;;掃描隧道顯微鏡的技術研究[J];實驗室科學;2008年04期

4 齊磊;曹劍英;;掃描隧道顯微鏡簡介[J];赤峰學院學報(自然科學版);2013年03期

5 沈電洪;王昌衡;林彰達;;掃描隧道顯微鏡的工作原理及其進展[J];國外科學儀器;1985年05期

6 戴道宣;掃描隧道顯微鏡[J];物理;1985年04期

7 姚駿恩;商廣義;焦越坎;藝苑;白春禮;賀節(jié);鐘集昌;榮德年;;一種原子分辨率掃描隧道顯微鏡[J];電子顯微學報;1988年01期

8 姚駿恩;;掃描隧道顯微鏡的進展——1989年第四屆國際掃描隧道顯微鏡會議概況[J];國外科學儀器;1989年03期

9 陳虞峰,黃金林;掃描隧道顯微鏡[J];真空科學與技術;1989年02期

10 陳虞峰,黃金林,許衛(wèi),華中一;掃描隧道顯微鏡的一種新模式[J];真空科學與技術;1989年05期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 姚駿恩;商廣義;賀節(jié);;大范圍高分辨掃描隧道顯微鏡的研究[A];第六次全國電子顯微學會議論文摘要集[C];1990年

2 梁景洪;劉玲;魏奕民;李紀軍;顏佳偉;毛秉偉;;掃描隧道顯微鏡裂結法測量銀量子電導[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 沈學浩;葉曦;;淺談教學型掃描隧道顯微鏡的使用與維護[A];第六屆全國高等學校物理實驗教學研討會論文集（下冊）[C];2010年

4 金閑馳;衛(wèi)東;馬志博;戴東旭;楊學明;;用于表面光化學研究的低溫掃描隧道顯微鏡的設計、搭建與調試[A];第十三屆全國化學動力學會議報告摘要集[C];2013年

5 李夢超;傅星;胡小唐;;掃描隧道顯微鏡振動補償技術的研究[A];全國生產工程第九屆年會暨第四屆青年科技工作者學術會議論文集（二）[C];2004年

6 李彥;林昌健;卓向東;;掃描微電極與掃描隧道顯微鏡聯用系統(tǒng)及其微探針研究[A];2006年全國腐蝕電化學及測試方法學術會議論文集[C];2006年

7 李超;向菲菲;王仲平;劉小青;蔣丹鳳;王立;;通過掃描隧道顯微鏡對單個二氯酞菁錫分子在銅(100)表面的室溫操縱[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第01分會：表面物理化學[C];2014年

8 李彥;胡融剛;卓向東;林昌健;;掃描微電極技術與掃描隧道顯微鏡聯用系統(tǒng)的研制[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（下集）[C];2005年

9 陳曦;;超高真空極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡的研制[A];中國真空學會2006年學術會議論文摘要集[C];2006年

10 時東霞;Joshua B.Ballard;Erin S.Carmichael;Joseph W.Lyding;Martin Gruebele;;激光輔助掃描隧道顯微鏡對納米碳管的研究[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

中國重要報紙全文數據庫 前3條

1 本報記者 孫利華 實習生 許彬 通訊員 彭為民;“做自己想要做的事”[N];洛陽日報;2006年

2 李含);諾獎獲得者 Heinrich Rohrer做客清華論壇[N];新清華;2007年

3 毛黎邋馮衛(wèi)東;美德科學家提出電子器件存儲新機制[N];科技日報;2007年

中國博士學位論文全文數據庫 前10條

1 孟文杰;27T水冷磁體掃描隧道顯微鏡原子分辨率成像[D];中國科學技術大學;2016年

2 王紀浩;高穩(wěn)定溶液掃描隧道顯微鏡研制及蛋白質亞分子特征成像[D];中國科學技術大學;2016年

3 郭穎;適用于極端與惡劣環(huán)境中的掃描隧道顯微鏡的研制[D];中國科學技術大學;2014年

4 李全鋒;超快與強磁場掃描隧道顯微鏡研制[D];中國科學技術大學;2012年

5 潘拴;金屬表面分子吸附體系表征與調控的掃描隧道顯微學研究[D];中國科學技術大學;2009年

6 侯玉斌;高精密掃描隧道顯微鏡及原子力顯微鏡研制[D];中國科學技術大學;2009年

7 張超;不同襯底上分子的掃描隧道顯微鏡誘導發(fā)光研究[D];中國科學技術大學;2011年

8 謝楠;超快激光耦合掃描隧道顯微鏡的研制和功能化材料的研究[D];南開大學;2013年

9 王俊聽;低溫掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)研制及層狀材料缺陷研究[D];中國科學技術大學;2014年

10 陳留國;掃描隧道顯微鏡誘導發(fā)光中的光學檢測和單分子發(fā)光研究[D];中國科學技術大學;2011年

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1 陽朝龍;Bi_2Te_3(111)表面超薄Pb膜的制備以及Bi_2Te_3(111)表面與水的反應[D];南京大學;2016年

2 余玉婷;MPS自組裝的Au(111)單晶上的電沉積銅和鈀的掃描隧道顯微鏡的研究[D];福州大學;2014年

3 李翔;關于掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)的研究[D];南京郵電大學;2016年

4 韓旭;顯微監(jiān)控型掃描隧道顯微鏡研制[D];浙江大學;2016年

5 伏明明;大范圍、高深—寬比掃描隧道顯微鏡技術研究[D];浙江大學;2010年

6 李俚;檢測超精表面的掃描隧道顯微鏡樣機的研制及應用研究[D];廣西大學;2002年

7 馬尚行;掃描隧道顯微鏡的新方法研究和系統(tǒng)研制[D];浙江大學;2005年

8 張建明;掃描隧道顯微鏡運行及圖像重建軟件研究[D];重慶大學;2003年

9 柏菲;色散介質光子掃描隧道顯微鏡成像的數值模擬[D];大連理工大學;2005年

10 程舒雯;掃描隧道顯微鏡性能優(yōu)化及實用化研究[D];浙江大學;2003年

，

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