论文部分内容阅读
扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)是表面科学研究所必须的科研仪器,而在STM各个组成部分中,针尖对STM的分辨率有很大影响。基于电化学腐蚀原理发展出来的直流断落法是一种稳定可控的针尖制作技术,在该方法中为了避免断落形成的针尖持续反应而变钝,需要有自动断电控制系统来对负载电路切断时机进行控制,但现有的控制电路设计都存在电压不稳定、针尖制作成功率低的问题。本文针对现有直流断落技术腐蚀W针尖所使用的控制电路所存在的的问题,设计了一种新型扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪;首先,基于对直流断落技术腐蚀W针尖的微观化学过程对腐蚀仪的机械结构部分进行设计;其次,对传统直流断落技术腐蚀W针尖所采用的控制电路进行了改进,提出了一种新的电流探测方式,解决了负载电压不稳定的问题,提高了针尖制作成功率;并在此基础上提出了一种不同于传统控制电路设计截止电流法电路切断原理的差分电路方法,该方法能够获得钨丝断落瞬间形成的针尖。为了更加准确的分析针尖的质量,本文研究了一种运用数字图像处理技术从针尖图片中测量出针尖尖端长度的测量方法,对不同控制电路,不同参数下所制作的针尖进行了测量比较;分析了腐蚀电压、截止电流、钨丝浸入溶液深度、差分灵敏度、阴极圆环位置、溶液浓度对针尖尖端形状的影响规律,并建议了比较理想的针尖制作参数。最后,在合适的针尖制作参数下对针尖制作的整个过程进行观察和记录,并对所得到的针尖进行优化处理,并使用其在扫描隧道显微镜中工作,进行样品表面扫描来检测其实际使用效果,获得了清晰的表面原子分辨图像,说明了新电路设计制作的针尖实际使用效果满足STM的需求。