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淺論掃描電化學顯微鏡的探針驅(qū)動電路
（作者未知） 2010/6/19
（接上頁）直徑30mm，厚度10mm。全自動步進電機控制進樣系統(tǒng)。
4掃描隧道顯微鏡（STM）[1，2]原理分析
掃描隧道顯微鏡（STM）的基本原理是利用量子理論中的隧道效應。將原子線度的極細探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個電極，當樣品與針尖的距離非常接近時（通常小于1nm），在外加電場的作用下，電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一電極。這種現(xiàn)象即是隧道效應。隧道電流 I 是電子波函數(shù)重疊的量度，與針尖和樣品之間距離 S 和平均功函數(shù) Φ 有關.[4]。
隧道電流強度對針尖與樣品表面之間距非常敏感，如果距離 S 減小0.1nm，隧道電流 I 將增加一個數(shù)量級，因此，利用電子反饋線路控制隧道電流的恒定，并用壓電陶瓷材料控制針尖在樣品表面的掃描，則探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品表面的起伏。
將針尖在樣品表面掃描時運動的軌跡直接在熒光屏或記錄紙上顯示出來，就得到了樣品表面態(tài)密度的分布或原子排列的圖象[5]。這種掃描方式可用于觀察表面形貌起伏較大的樣品，且可通過加在 z 向驅(qū)動器上的電壓值推算表面起伏高度的數(shù)值，這是一種常用的掃描模式。對于起伏不大的樣品表面，可以控制針尖高度守恒掃描，通過記錄隧道電流的變化亦可得到表面態(tài)度的分布。這種掃描方式的特點是掃描速度快，能夠減少噪音和熱漂移對信號的影響，但一般不能用于觀察表面起伏大于1nm的樣品[6]。
是利用SPM進行納米加工的客觀依據(jù)。同時也說明，SPM不是簡單用來成像的顯微鏡，而是可以用于在原子、分子尺度進行加工和操作的工具。
5教學課程安排
1）第一周：原理簡介與上機模擬。課后著手資料定向查詢并準備實驗報告。
2）第二周：演示與學生實驗。先用鐵絲作探針練習，熟練后再用鉑銥合金絲制作針。指定樣品（光柵）的測量。
3）第三周：改變電壓及掃描角度重新掃描，進行圖像處理。課后資料定向查詢并完成實驗報告。 報告內(nèi)容: 心得、體會及建議，STM在某個領域的應用或STM儀器的某部件的原理。
4）第四周：宣講實驗報告，每人15分鐘（包括5分鐘提問）。
6圖像處理
1） 平滑處理：將像素與周邊像素做加權(quán)平均。
2）斜面校正：選擇斜面的一個頂點，以該頂點為基點，現(xiàn)行增加該圖像的所有像數(shù)值，可多次操作。
3）中值濾波：傅立葉變換。對圖像的周期性很敏感，在做原子圖像掃描時很有用.
7結(jié)束語
在線控制軟件和后處理軟件用戶界面友好，輔以生動的教學課件，引導學生輕松掌握掃描隧道顯微鏡的原理和基本操作方法.作為一種CAI軟件，本軟件界面好，操作簡便。采用文字、圖形、三維動畫等方式將SPM這一尖端復雜儀器的原理和使用與計算機輔助教學這一形式結(jié)合起來，經(jīng)部分人員試用后，效果明顯，反應良好�？纱蟠笤黾硬僮髡邔W習SPM的興趣，并能起到事半功倍的效果，提高課堂教學效果。不足的是AFM和SNOM的數(shù)學模型還有待進一步研究。
參考文獻：
[1]白春禮.掃描隧道顯微術(shù)及其應用[M].上海：上�？萍汲霭嫔�，1991.84—86.
［2］Microsoft Press, Microsoft Windows: Guide to Programming, 1990.
［3］Heinzelmann H. Instrumental developments and recent experiments in near-field optical microscopy. Thin Solid Films,1996,273∶149—153.
［4］戴長春，黃桂珍等.國產(chǎn)GSPM-930型掃描探針顯微鏡介紹[J].現(xiàn)代科學儀器，1998，(1-2)∶92—93.
[5] Weeks B L，Vollmer A. Nanotechnology，2002，13:38
[6] 岳睿，潘祖軍等。不銹鋼的腐蝕分析[J].金屬世界，2006.3：28－29
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