摘要：本文设计并实现了一种新的扫描探针显微镜的开放式控制系统。该控制系统设计了灵活开放的总线接口,并对电路模块进行了优化,采取了一系列抗干扰措施,从而使之具备了接口开放、稳定性高等优点,特别适合于个性化的科学研究。本文所采用的开放式设计思想及总线接口的具体实现,对SPM的结构改进及商品化有一定的参考价值。

摘要：基于扫描隧道显微镜的新型纳米阻抗显微镜(STM-NIM)能够测量材料表面的纳米微区阻抗性质并具有分辨率高的突出优点,但传统STM前置放大器的频率带宽不能满足STM-NIM测量模式的要求,因而需要设计新型前置放大器。STM-NIM前置放大器必须在噪声和频率带宽两方面同时具有非常优良的性能。本文利用STM及NIM信号的特点,通过将信号一分为二并对电路进行优化,研制出了满足STM-NIM测量要求的新型前置放大器。测试表明,该前置放大器能同时用于NIM阻抗测量和STM形貌扫描;其NIM信号的频率带宽达到300 kHz;其STM信号的噪声约为0．8 mV,能满足原子级分辨成像的要求。

摘要：为了满足本科实验教学的需要,采用基于石英音叉的自感应探针替代传统的基于激光检测的微悬臂探针,实现音叉型自感应探针的自激发、自检测和频率调制的成像控制方式,从而研制出原理清晰、简单易用的原子力显微镜教学仪器,显著降低实验仪器的使用难度.该原子力显微镜教学仪器不仅能够使用2种自感应探针,还可兼容使用传统的基于激光检测的微悬臂探针,具备传统原子力显微镜的所有功能.基于该原子力显微镜设计了面向本科实验教学的基础实验项目以及扩展实验内容,从而解决了基于原子力显微镜的本科教学实验中目前所存在的仪器操作复杂和教学内容单薄的问题,提升了原子力显微镜实验项目的教学效果.

摘要：介绍了一种采用惯性步进型扫描器的新型扫描隧道显微镜(STM)的设计,研制出了一种用于该扫描器的接口电路。文章重点对该扫描器的位置粗调驱动电路和隧道电流前置放大电路等接口进行了设计,并完成了该接口的制作和调试,最后在使用该接口电路的新型STM上扫描出具有较高分辨率的镀金铜的表面形貌。测试表明,该接口工作稳定,使用方便,并能发挥该惯性步进型扫描器高稳定性的优点。

摘要：本文研究开尔文探针力显微镜(KPFM)中多频率方法的实现。KPFM中的多频率方法同时激发微悬臂探针的第一次和第二次的本征机械振动模式并分别用于样品形貌和表面电势成像。据此,本文设计了一种基于传统比例-积分控制器基本原理的模拟式反馈控制器,用以实现探针的调控。测试表明,该反馈控制器带宽可达约5 k Hz,并利用该反馈控制器研制出了多频率KPFM,其电势测量灵敏度优于5 m V。利用该多频率KPFM,对注入电荷后的介电薄膜样品进行测试,一次成像即可得到样品的形貌图及局域电势的二维分布图。该多频率KPFM技术可广泛应用于电子材料与器件的电特性表征。

摘要：反馈是扫描探针显微镜控制的核心技术,但目前SPM通常使用基于模拟电路的反馈,因而基于数字信号处理器的数字反馈控制器具有较高的实用价值。该文设计了一种基于DSP的SPM数字反馈控制器,并介绍了其软硬件的设计及算法的改进。测试表明,该反馈控制器功能正常,稳定性和灵活性比模拟反馈控制器有较大的提高。

摘要：随着扫描探针显微镜技术发展和广泛应用,扫描探针显微镜的技术标准化问题在国内外受到越来越多的关注。然而在数据格式方面,由于所用硬件平台的不同等原因,各制造商所生产的扫描探针显微镜大多使用专用的数据格式。这些数据格式又往往互不兼容,给数据后续的分析处理和交流共享带来不便。本文首先对扫描探针显微镜中数据格式的发展及应用较多的格式进行了分析,然后从扫描探针显微镜现有数据的类型、内容和特点出发,研究了规范扫描探针显微镜数据格式的基本要求和思路;经过比较和筛选提出了一种基于HDF5标准(hierarchical data format,HDF)的标准格式方案;并用C++语言实现了对该格式的操作及其与几种专用数据格式之间的相互转换,完成了格式方案和代码资源的开源共享。

摘要：介绍一种高速低相差双路ＡＤ数据采集器．通过使用比要求的采样速度更高速的ＡＤＣ及对两路ＡＤＣ进行严格的同步控制等措施，设计出的ＡＤ数据采集器具有相位抖动小于１个采样周期，并与采样速度无关，且对接口速度要求低。接口硬件简单等特点．实验表明，对频率为５Ｈｚ的模拟输入信号，其相位分辨率可达 ５ × １０－５ｒａｄ．

摘要：本文介绍了一种采用惯性步进型扫描器的新型扫描隧道显微镜(STM)的设计,研制出了一种用于该扫描器的接口电路。文章重点对该扫描器的位置粗调驱动电路和隧道电流前置放大电路等接口进行了设计,并完成了该接口的制作和调试,最后在使用该接口电路的新型STM上扫描出具有较高分辨率的镀金铜的表面形貌。测试表明,该接口工作稳定,使用方便,并能发挥该惯性步进型扫描器高稳定性的优点。

摘要：扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope,SPM)经过二十多年的发展,已进入成熟期;应用最新的计算机软硬件技术实现SPM控制的优化及性价比的提高是该领域目前的研究热点之一。本文主要介绍DSP和CPLD在SPM控制系统的应用,并详细论述了具体的设计方案及软硬件的实现。通过采用将先进的DSP与小规模的CPLD相结合的方案,研制了一套新颖的SPM控制系统。测试表明该系统具有性能稳定、功能可扩展等显著特点。