納米技術在高性能材料的制備、微電子技術、生物技術以及航空航天技術等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。要在納米尺度上對材料及其結構進行研究,就必須要有高精度的微觀表面檢測技術及其設備,如掃描隧道顯微鏡（STM,Scanning Tunneling Microscope）。掃描器是微觀表面檢測設備的核心部件,對其有位移精度高、響應速度快的要求,所以通常采用壓電驅動器作為掃描器的驅動元件。首先設計了一套導體微觀表面檢測硬件系統(tǒng),并對系統(tǒng)硬件進行了組裝,該系統(tǒng)硬件由驅動機構、探針、隧道電流檢測電路、控制與信號采集設備以及隔振臺組成�；陔娀瘜W腐蝕,設計了薄膜法制備鎢探針,得到了尖端曲率半徑約40nm的探針;為了得到隧道電流,基于高輸入阻抗法設計了一套隧道電流檢測電路,該電路采用兩級放大,通過四階巴特沃斯濾波器進行濾波處理。而且,針對STM控制系統(tǒng)的隧道電流搜索控制和掃描控制兩個工作過程,分別設計了控制系統(tǒng),并將遲滯逆模型與PID的復合控制用于STM掃描器控制中。實驗結果表明:掃描器相對定位誤差由控制前的10.48%降低到2.06%,光柵周期相對測量誤差由12.50%降低到0.05%,線寬相對測量誤差... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
注釋表
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 用于微觀表面檢測的SPM技術研究現(xiàn)狀
        1.2.2 壓電驅動器及其遲滯非線性控制研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的研究內容安排
第二章 基于隧道效應的導體微觀表面檢測系統(tǒng)
    2.1 引言
    2.2 基于隧道效應的導體微觀表面檢測工作原理
    2.3 工作模式
    2.4 基于隧道效應的導體微觀表面檢測系統(tǒng)設計
        2.4.1 驅動機構設計
        2.4.2 探針制備
        2.4.3 隧道電流檢測電路設計
        2.4.4 控制與信號采集設備
        2.4.5 隔振平臺
    2.5 本章小結
第三章 電化學腐蝕法制備探針
    3.1 引言
    3.2 探針對STM掃描結果的影響
    3.3 制備探針的方法
        3.3.1 電化學腐蝕法制備STM探針
        3.3.2 機械剪切法制備STM探針
    3.4 薄膜法制備STM探針
        3.4.1 實驗裝置
        3.4.2 實驗過程與結果分析
    3.5 本章小結
第四章 隧道電流檢測電路設計
    4.1 引言
    4.2 微弱電流檢測技術
    4.3 隧道電流檢測電路
        4.3.1 主要器件的選擇
        4.3.2 總體設計方案
        4.3.3 硬件設計與制作
    4.4 隧道電流檢測電路測試
    4.5 本章小結
第五章 基于遲滯補償?shù)膶w微觀表面檢測控制系統(tǒng)
    5.1 引言
    5.2 控制系統(tǒng)設計
        5.2.1 總體設計方案
        5.2.2 基于遲滯逆模型的微位移控制原理
    5.3 壓電驅動器的遲滯模型
        5.3.1 常用的遲滯模型
        5.3.2 Maxwell模型與改進的Maxwell模型
    5.4 本章小結
第六章 基于遲滯非線性控制的導體微觀表面檢測實驗
    6.1 實驗裝置
    6.2 實驗結果與分析
        6.2.1 電壓控制掃描
        6.2.2 遲滯逆模型控制掃描
        6.2.3 遲滯逆模型與PID復合控制掃描
    6.3 本章小結
第七章 結論
    7.1 總結
    7.2 研究展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3359637