掃描隧道顯微鏡（STM）使人類第一次能夠直接地觀察到物質(zhì)表面的單個原子及其排列狀態(tài),并且能夠研究其相關的物理、化學性質(zhì),因此在表面科學、材料科學、生命科學等領域得到了廣泛應用。很多材料在低溫條件下表現(xiàn)出一些新奇的物理性質(zhì),如超導、量子霍爾效應、電荷密度波和量子相變等等,而掃描隧道顯微鏡因具有原子分辨率實空間成像能力,尤其適合用來研究這類材料的表面物性,因此搭建一臺能夠在低溫條件下工作的掃描隧道顯微鏡已經(jīng)成為世界上很多研究小組的研究項目。盡管目前掃描隧道顯微鏡的相關技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟,但搭建一套低溫掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)仍然面臨著許多的問題和挑戰(zhàn):（1）傳統(tǒng)的鏡體結(jié)構(gòu)設計往往把掃描頭直接固定在步進馬達上,因此不能消除步進馬達的不穩(wěn)定性對掃描頭的影響。（2）當鏡體植入到低溫杜瓦里面時,一般要用很長的磁力桿深入到杜瓦底部才能對探針及樣品進行抓取和更換,這不僅增加了 STM在垂直方向上的高度,使其受到樓層的限制,而且存在著損壞掃描管的風險。（3）在真空條件下更換探針和樣品的機械操作比較復雜,往往需要配合使用多種傳遞機構(gòu)才行。（4）專門為掃描隧道顯微鏡而定制一套低溫系統(tǒng)面臨著技術(shù)難度大、成本高的... 

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 掃描隧道顯微鏡的簡介
    1.1 引言
    1.2 掃描隧道顯微鏡的工作原理與構(gòu)成
        1.2.1 量子隧穿效應
        1.2.2 掃描隧道顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)
        1.2.3 探針與掃描裝置
        1.2.4 粗步進馬達
        1.2.5 前置放大電路
    1.3 掃描隧道顯微鏡的工作模式
        1.3.1 恒高成像
        1.3.2 恒流成像
        1.3.3 掃描隧道譜
    1.4 減震隔音系統(tǒng)
    1.5 掃描隧道顯微鏡的應用
    1.6 本章小結(jié)
第二章 低溫超高真空掃描隧道顯微鏡的研制
    2.1 引言
    2.2 掃描隧道顯微鏡鏡體結(jié)構(gòu)設計
        2.2.1 自制的慣性馬達
        2.2.2 獨立式掃描頭
        2.2.3 鏡體的組裝與工作原理
        2.2.4 鏡體的調(diào)試
    2.3 真空低溫系統(tǒng)
        2.3.1 真空的獲取
        2.3.2 低溫的獲取
    2.4 掃描隧道顯微鏡鏡體傳遞機構(gòu)
    2.5 探針與樣品的更換系統(tǒng)
    2.6 探針與樣品的制備
    2.7 減震隔音措施
    2.8 掃描隧道顯微鏡電子學測量系統(tǒng)
        2.8.1 電路控制單元
        2.8.2 隧道電流前置放大電路
    2.9 實驗結(jié)果
        2.9.1 STM初步調(diào)試
        2.9.2 過渡金屬硫族化合物TaS_2的STM表征
        2.9.3 STM成像機制的模擬
    2.10 本章小結(jié)
    附：自制的低溫掃描隧道顯微系統(tǒng)實物圖
第三章 插桿式低溫掃描隧道顯微鏡的研制
    3.1 引言
    3.2 掃描隧道顯微鏡鏡體單元
        3.2.1 蜘蛛馬達
        3.2.2 獨立式掃描頭
        3.2.3 鏡體的組裝
        3.2.4 鏡體的調(diào)試
    3.3 插桿式真空腔體
    3.4 低溫的獲取
    3.5 樣品的解理
    3.6 隔音減震措施
    3.7 實驗結(jié)果與分析
    3.8 改進方案
    3.9 本章小結(jié)
    附：自制的插桿式低溫掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)的實物圖
第四章 基于Labview的掃描隧道顯微鏡控制軟件的開發(fā)
    4.1 引言
    4.2 Labview簡介及軟件配置
    4.3 馬達步進模塊
    4.4 掃描成像模塊
    4.5 掃描隧道譜測量模塊
    4.6 數(shù)據(jù)采集及儲存
    4.7 本章小結(jié)
    附：利用Labview程序自主編寫的掃描隧道顯微鎮(zhèn)控制軟件界面
第五章 新型的掃描探針顯微鏡粗步進裝置
    5.1 引言
    5.2 慣性壓電馬達CicadaDrive
    5.3 高度對稱的TunaDrive
參考文獻
在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的其他研究成果
致謝



本文編號：3713755