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《重庆大学》 2002年
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扫描隧道显微术的理论基础和大范围、快速扫描关键技术的研究

王银峰  
【摘要】: 扫描隧道显微镜(STM)作为纳米科技中最为有效和重要的检测加工手段之一,其应用随着纳米科技热的兴起而日益引起人们的重视,仪器本身的稳定性、图像质量、操作的简便性以及应用领域的拓展和产业化也越来越受到关注。 本论文在分析国内外STM研究和应用现状的基础上,通过STM.IPC-205B型机的研制,对现有STM仪器缺陷和不足作了比较深入全面的理论分析和实验研究,针对大范围快速扫描的一系列关键技术的突破,不仅拓展了STM的应用领域,也为STM在国内的普及和产业化奠定了良好的基础。 本论文研究的主要内容包括:研究了STM扫描控制系统设计的基本理论,主要是满足大范围快速扫描的高精度、低噪声、线性良好的前置放大器和对数放大器的设计理论和工程实现途径;研究了在纳米级精度上进行大范围快速扫描的微位移传动系统的设计理论及工程实现途径;从理论和实验两个方面着手,研究了对实现STM理论精度有重大影响的噪声和振动源的物理机理以及减振降噪的技术措施。 论文的创造性成果主要体现在: (1)提出了满足大范围快速扫描要求的扫描控制系统设计新理论。由于所检测的隧道电流是nA级的极微弱信号,且与隧道距离呈指数关系,而控制压电陶瓷的反馈电压达到几十伏,控制精度在mV量级,并要求全程线性度好,常用的单级前置放大器和折线误差放大器只有在扫速慢、范围小(2μm×2μm)情况下才能获得比较满意的图象。在前置放大器中采用三级线性放大,可以分解放大倍数,降低信躁比。而用对数放大器取替折线放大器,可以确保反馈控制在动态范围较大时的线性度。该设计理论的提出,使STM在大范围快速扫描领域内的应用成为可能。 (2)首次采用改进的机械传动和压电陶瓷组合结构实现了大范围纳米级的传动、定位和检测,设计的三维数显工作平台突破了压电陶瓷动态范围的限制,使扫描范围由2μm×2μm扩大到25mm×25mm,并改善了STM进行纳米级加工的可靠性。 (3)在全面分析噪音和振动形成机理的基础上,通过大量的实际检测验证,提出了新的减振降噪技术措施,并首次将小波理论应用于STM图象处理,使STM对环境的要求大幅度降低。具体做法还包括:采用外设时钟,突破计算机内部时钟1ms的精度限制,避免了计算机执行其它指令时产生的噪声信号;采用工控机、主板、高屏蔽镜体,减少飞线连接,分离步进机和数据采集系统的机箱,有效地提高了信噪比;采用全息平台的减振模式,吸收高频、低频段的横纵向振动能量,并改善仪器整体的刚性结构,防止出现共振;采用智能数字化控制和高精度的A/D、D/A卡,进一步提高控制的精确度等。 重庆大学博士学位论文 本论文的研究工作具有重要的理论意义和实用价值,除了在相关技术基础理 论和系统设计理论上有所突破,还广泛采用了集成电路、计算机以及机械等相关 技术的最新研究成果,为STM制造的全面国产化和在应用深度、广度上的进一步 拓展奠定了一定的基础。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TH742

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘桂芬,钟宏杰,杨学恒;STM·IPC-205B型扫描隧道显微镜的技术与应用[J];微纳电子技术;2003年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李梦超;基于隧道效应的纳米级振动检测理论与技术的研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 韩贤武;STM IPC—205B型机的性能研究及其应用[D];重庆大学;2004年
2 李志强;表面微观形貌的测量及其表征[D];重庆大学;2006年
3 胡澎江;AFM·IPC-208B型原子力显微镜的应用研究[D];重庆大学;2006年
4 白海会;原子力显微镜技术及其在分子结构形态学方面的应用研究[D];重庆大学;2006年
5 苏小平;原子力显微镜AFM.IPC-208B的图象数据分析与后处理修正[D];重庆大学;2007年
6 陈昌水;AFM.IPC-208B型原子力显微镜的改进及其在纳米材料学方面的应用[D];重庆大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王家楫,唐凌;深亚微米ULSI工艺检测技术——扫描探针显微镜[J];微纳电子技术;2002年02期
2 闵光伟,陆祖宏,韦钰;扫描隧道显微镜纳米加工技术的研究[J];东南大学学报;1994年05期
3 陈大任;压电陶瓷微位移驱动器概述[J];电子元件与材料;1994年01期
4 赵玉清,薛希纯,徐蛟,唐天同;扫描隧道显微镜微位移驱动器(爬行器)的研究[J];电子显微学报;1999年05期
5 杨学恒,陈安,何光宏,冯晓娟,王应芳,詹捷,唐志良;扫描隧道显微镜系统[J];重庆大学学报(自然科学版);2001年03期
6 郭宁,吴世法,夏德宽,初世超,徐绍华,高崧,姚骏恩,商广义,李成基,贺节;光子扫描隧道显微镜的光电成像系统研究[J];光学技术;1994年03期
7 朱学文,廖列文,崔英德;半导体纳米材料的光催化及其应用[J];精细化工;2000年08期
8 何光宏,王银峰;通用STM控制软件的设计[J];基础自动化;2000年05期
9 姜若辛,卢 ,闵昊,章倩苓;扫描隧道显微镜的新型实时图像处理系统[J];微电子学;1995年05期
10 杨学恒,王银峰;IPC-205系列扫描隧道显微镜的研制及应用[J];无损检测;2002年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘世金;刘大利;;基于仿射投影的微弱信号检测方法研究[J];阿坝师范高等专科学校学报;2012年02期
2 王成国,王瑞华;酚醛树脂/氯丁橡胶作夹层的复合钢板的性能[J];工程塑料应用;2002年02期
3 周宗元;关于动量概念的建立与动量的表述[J];安徽教育学院学报;2001年03期
4 王明美;一维δ函数势的定态问题[J];安徽教育学院学报;2002年06期
5 魏义永;简并微扰论的二级近似公式[J];安徽教育学院学报;2003年03期
6 余嵘华;索末菲量子化条件的应用与工科物理量子论的教学[J];安徽教育学院学报;2003年03期
7 水孝敏,许岚兵,曹辉;一种实现雷达回波图像的压缩方法[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2004年Z1期
8 张艳丽;杨仁弟;;基于小波变换自适应滤波方法的ECG信号消噪[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年06期
9 洪津,黄鲁,汪元钧,刘书珍,张运杰,汪宗辉;近红外地物光谱仪中的新技术应用[J];安徽地质;1997年01期
10 尤凤翔,龚善初;用数值逼进法研究电场中量子势阱表面本征态效应[J];安徽职业技术学院学报;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张士峰;张辉;;高精度测量的被动隔振研究[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(理科卷)[C];2005年
2 徐晓冰;袁先彪;王健;;基于边缘检测与霍夫变换的车牌分割[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
3 邱宗甲;陈思颖;张寅超;步志超;王玉诏;孔卫国;刘鹏;陈和;倪国强;;气溶胶探测激光雷达系统及误差分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 高明阳;;芬兰AWOS系统DD50设备特殊故障的应急处理[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
5 王东森;孙勇军;;多维Laplace小波及其在颤振飞行试验中的应用[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
6 杨积东;许斌;林楠;;高强度冲击试验的虚拟开发[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 刘全刚;蒋伟康;万泉;;磁悬浮列车车身板材隔声性能的数值与试验分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 吴正龙;;现代X光电子能谱仪简介[A];北京高教学会实验室工作研究会2007年学术研讨会论文集[C];2007年
9 宋婧婧;王健平;;有限谱小波基函数及其应用[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
10 蒋阳;鲜晓东;甘平;;基于DSP的CT图像重建研究及其实现[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏海霞;爆破地震波作用下建筑结构的动力响应及安全判据研究[D];山东科技大学;2010年
2 苏成志;瞄准具传光能力评价及测试方法的研究[D];长春理工大学;2010年
3 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王德才;基于能量分析的地震动输入选择及能量谱研究[D];合肥工业大学;2010年
5 付晓薇;基于量子力学的图像处理方法研究[D];华中科技大学;2010年
6 苏日建;信息测量系统及其若干问题的研究[D];华中科技大学;2010年
7 李兵云;粉单竹SCMP漂白中木素结构变化及生物酶改善漂白性能的研究[D];华南理工大学;2010年
8 岳宏卫;高温超导约瑟夫森结及阵列毫米波特性研究[D];南开大学;2010年
9 汪加梅;关于量子熵的若干研究[D];浙江大学;2010年
10 张峰;输电线路行波故障测距优化算法研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨焱麟;基于小波变换理论与比值分析法的变压器励磁涌流识别的研究[D];山东科技大学;2010年
2 张明军;基于小波包最优树的图像融合技术研究[D];山东科技大学;2010年
3 丁雷;白鼠脑电信号远控采集处理系统的设计与研究[D];山东科技大学;2010年
4 张庆伟;基于小波变换的阈值图像去噪方法[D];山东科技大学;2010年
5 郑伟光;基于小波变换的信号调制方式识别方法[D];长春理工大学;2010年
6 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
7 倪川;某框架结构振动特性测试与控制分析研究[D];郑州大学;2010年
8 周景贤;量子代理签名方案研究[D];郑州大学;2010年
9 李会臣;基于时频分析的齿轮故障机理及诊断研究[D];郑州大学;2010年
10 俞黎明;减速器箱体阻尼减振研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 傅惠南,王宏霞,区仲荣;扫描探针制备技术的研究现状及发展[J];微纳电子技术;2005年05期
2 刘赛锦,侯士敏,申自勇,张琦锋,郭等柱,薛增泉;用扫描电容显微镜(SCM)研究金基底上的铝纳米粒子[J];北京大学学报(自然科学版);2002年03期
3 芦汉生,古寺博,角正雄;基于频率分析的激光多普勒微小振动测量[J];北京理工大学学报;2002年02期
4 蔡建岩;纳米科技发展现状及趋势[J];长春大学学报;2005年04期
5 闫永达;孙涛;董申;;利用AFM探针机械刻划方法加工微纳米结构[J];传感技术学报;2006年05期
6 王佳,路刚;纳米位移传感器最小检测信号评述[J];传感器技术;1998年01期
7 胡天苗,杨乃恒,褚星,马自力,庞世瑾;STM隔振系统的复模态分析[J];东北大学学报;1994年01期
8 刘鹏民,莫德举,洪峰;T型反馈电阻网络在微弱信号放大电路中的应用[J];电测与仪表;1999年12期
9 陈国华,马军海,盛昭瀚;动力系统实测数据相空间重构的改进方法[J];东南大学学报(自然科学版);2000年01期
10 T.R.Albrecht.,林群波;原子力显微镜悬臂探头的微加工技术[J];电子器件;1994年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 蒋瑞艳;振动、噪声信号处理系统[D];大连理工大学;2000年
2 韩贤武;STM IPC—205B型机的性能研究及其应用[D];重庆大学;2004年
3 辛洪政;IPC-205B型扫描隧道显微镜的硬件系统设计及其应用拓展研究[D];重庆大学;2004年
4 李旭;IPC-208BJ型原子力显微镜的硬件系统改进及其在生物学方面的应用研究[D];重庆大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 蔡素梅;林炜;;原子力显微镜技术及其在皮革学科中的应用[J];中国皮革;2011年15期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈志杰;微细电火花加工表面粗糙度评定研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张晓峰;基于AFM的圆弧刃金刚石刀具全刃口锋利度检测与评价技术研究[D];中国工程物理研究院;2011年
2 宋战波;三维表面粗糙度测量的关键技术研究[D];河南科技大学;2010年
3 李玉玺;三维表面粗糙度参数表征及其软件系统实现[D];河南科技大学;2011年
4 商钰;腐蚀环境对钢结构表面锈蚀特征影响的研究[D];西安建筑科技大学;2011年
5 何天;微细线切割穿孔复合系统功能实现研究[D];华东交通大学;2011年
6 胡澎江;AFM·IPC-208B型原子力显微镜的应用研究[D];重庆大学;2006年
7 吴松;三维表面形貌的评价技术及其应用基础研究[D];南京航空航天大学;2007年
8 陈国强;基于GPS标准体系的表面微观形貌三维表征研究[D];南京农业大学;2007年
9 单小磊;双光路扫描式微型机构三维测量系统[D];浙江大学;2008年
10 杨洁;基于多层序列图像的三维粗糙度测量方法的研究[D];西安理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张贵彬,孙晓冬,史峰山,赵秀峰,王胜,王莉,余东;NO_2~-离子的光催化反应研究(Ⅱ)[J];催化学报;1999年02期
2 吴鸣,李文钊,顾婉贞,孙福侠,朱相伟,王复东,林原,肖绪瑞;主客体结构纳米半导体光催化的界面钉住效应[J];催化学报;1999年03期
3 陈颖,王宝辉,张海燕,董佐强;纳米级TiO_2光催化氧化聚丙烯酰胺[J];催化学报;1999年03期
4 刘平,林华香,付贤智,孟春;掺杂TiO_2光催化膜材料的制备及其灭菌机理[J];催化学报;1999年03期
5 张峰,李庆霖,杨建军,张治军;TiO_2光催化剂的可见光敏化研究[J];催化学报;1999年03期
6 施利毅,古宏晨,李春忠,房鼎业,张怡,华彬;SnO_2-TiO_2复合光催化剂的制备和性能[J];催化学报;1999年03期
7 马颖,管自生,曹亚安,姚建年;TiO_2薄膜的吸附能力对罗丹明B光降解过程的影响[J];催化学报;1999年03期
8 张天永,李祥忠,赵进才;国产二氧化钛在光催化降解染料废水中的应用[J];催化学报;1999年03期
9 王浩,赵文宽,方佑龄,王润帮,李莉;二氧化钛光催化杀灭肿瘤细胞的研究[J];催化学报;1999年03期
10 孙奉玉,吴鸣,李文钊,李新勇,顾婉贞,王复东;二氧化钛表面光学特性与光催化活性的关系[J];催化学报;1998年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈虞峰,黄金林,许卫,华中一;扫描隧道显微镜的一种新模式[J];真空科学与技术;1989年05期
2 戴道宣;扫描隧道显微镜[J];物理;1985年04期
3 黄桂珍,戴长春,陈增波,刘杰三,张文信,白春礼;计算机控制的扫描隧道显微镜[J];物理;1989年06期
4 王林;韦钰;;扫描隧道显微镜的开发与计算机化[J];东南大学学报(自然科学版);1992年06期
5 ;高分辨率扫描隧道显微镜[J];光学仪器;1992年03期
6 夏国鑫;;扫描隧道显微镜和原子力显微镜[J];光学仪器;1992年04期
7 李成基,李韫言,商广义;扫描电子显微镜与扫描隧道显微镜联用装置[J];分析测试技术与仪器;1999年01期
8 刘桂芬,钟宏杰,杨学恒;STM·IPC-205B型扫描隧道显微镜的技术与应用[J];微纳电子技术;2003年06期
9 姜宇;徐送宁;;扫描隧道显微镜探针针尖的制作[J];中国高新技术企业;2008年09期
10 杜文峰,刘锴,葛四平,赵汝光;色氨酸分子在石墨表面吸附的扫描隧道显微镜研究[J];北京大学学报(自然科学版);2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 沈学浩;叶曦;;浅谈教学型扫描隧道显微镜的使用与维护[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
2 苗新蕊;许莉;査宝;邓文礼;;范德华力和偶极作用竞争诱导分子自组装结构的形成[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
3 时东霞;宋延林;张昊旭;何声太;江鹏;解思深;庞世瑾;高鸿钧;;扫描隧道显微镜在单体有机薄膜上的纳米信息存储[A];2001年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2001年
4 刘宁;杨海强;马自力;高鸿钧;薛增泉;庞世瑾;;用STM在Si(111)7×7表面进行“有序移植”[A];第四届全国STM学术会议论文集[C];1996年
5 黄甜;胡振芃;王兵;王海千;侯建国;杨金龙;;螺吡喃分子在Au(111)表面的手性表达[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
6 李志扬;黄光明;刘武;李兴教;;三种不同结合能Λ′、Λ、Λ_(eff)与STM场蒸发的关系[A];第五届全国STM学术会议论文集[C];1998年
7 方胜;张朝晖;盖峥;赵汝光;杨威生;;纳米结构可重入扫描隧道显微镜系统的研制[A];第五届全国STM学术会议论文集[C];1998年
8 王永锋;叶迎春;吴凯;;CuPc在金红石TiO_2(110)和TiO_2(210)表面的吸附与组装[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
9 马立平;高鸿钧;宋延林;赵文斌;陈慧英;薛增泉;庞世瑾;;利用扫描隧道显微镜研究腈基-苯基-脲聚合物膜的表面结构[A];第四届全国STM学术会议论文集[C];1996年
10 刘安伟;禹国强;杨勇;胡小唐;;扫描隧道显微镜图像重建的研究[A];第五届全国STM学术会议论文集[C];1998年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 毛庆;1G硬盘有望存储100G信息[N];南京日报;2010年
2 本报记者 李山;微观世界魅力无限[N];科技日报;2010年
3 本报记者 张巍巍;追寻字母的纳米世界[N];科技日报;2009年
4 本报记者 李山;把看家宝贝拿出来晒[N];科技日报;2010年
5 本报记者 杨洁 整理;黄德欢:硅谷家喻户晓的“科技新贵”[N];抚州日报;2009年
6 本报记者 苏琳;求索相伴寻至乐[N];经济日报;2010年
7 刘霞;特定情况下电子变重之谜破解[N];科技日报;2010年
8 孝文;科学家首次拍到病毒照片[N];江苏科技报;2009年
9 王璐 白春礼 (本报记者 王璐);于至微处寻至远[N];经济日报;2009年
10 本报记者 蒋建科 中科院物理所在读博士 颜世超;自主尖端仪器为何难觅[N];人民日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谢楠;超快激光耦合扫描隧道显微镜的研制和功能化材料的研究[D];南开大学;2013年
2 李全锋;超快与强磁场扫描隧道显微镜研制[D];中国科学技术大学;2012年
3 陶伟;扫描探针显微镜的研制与极端条件下电子关联材料的磁性研究[D];中国科学技术大学;2013年
4 张超;不同衬底上分子的扫描隧道显微镜诱导发光研究[D];中国科学技术大学;2011年
5 陶兴;扫描隧道显微镜诱导发光的理论研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 高洪营;扫描隧道显微镜诱导的金属表面有机分子多层膜发光研究[D];中国科学技术大学;2011年
7 耿锋;扫描隧道显微镜诱导分子发光中的脱耦合调控研究[D];中国科学技术大学;2012年
8 陈留国;扫描隧道显微镜诱导发光中的光学检测和单分子发光研究[D];中国科学技术大学;2011年
9 陈佳宁;纳米结构的增强拉曼散射光谱研究[D];大连理工大学;2008年
10 崔雪峰;金红石型TiO_2(110)表面扫描隧道显微术研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘柳;扫描隧道显微镜调制的金属表面原子操纵的理论研究[D];沈阳师范大学;2012年
2 胡蔚;Ag/Si低维结构的扫描隧道显微镜研究[D];厦门大学;2014年
3 刘安平;IPC-205B型扫描隧道显微镜的成像研究及其性能分析[D];重庆大学;2005年
4 刘济春;IPC-208B型原子力显微镜的镜体设计及其应用[D];重庆大学;2005年
5 李小飞;基于DSP的数控扫描隧道显微镜研制[D];华中师范大学;2007年
6 李旭;IPC-208BJ型原子力显微镜的硬件系统改进及其在生物学方面的应用研究[D];重庆大学;2005年
7 徐敬军;AlPdMn准晶体5次面表面形貌[D];东北大学;2006年
8 吴斌;基于SPM系统的双探针实验研究[D];华中师范大学;2007年
9 陈波;Si(111)-7×7表面上沉积Mg的扫描隧道显微镜研究[D];厦门大学;2007年
10 樊英民;低温扫描隧道显微镜部分电子电路的研制[D];西北大学;2008年
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