基于DSP的SPM反馈控制器设计

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。     

纳米阻抗显微镜的研制及商品化

纳米阻抗显微镜(Nanoscale impedance microscopy,NIM)能够测量材料表面的纳米微区阻抗性质,已经成为纳米材料表征的重要工具,得到越来越多的应用;但其应用目前仅局限于实验室范围,而国内尚未有纳米阻抗显微镜研究的文献报道.本文主要介绍纳米阻抗显微镜的基本原理及其仪器的研制.以国内外现有的扫描探针显微镜仪器为基础,研制出了两套不同的纳米阻抗显微镜样机,并率先实现了这种技术的商品化,还利用该技术开展了氧化锌多晶陶瓷材料的应用研究.     

基于MEMS技术的微桥制备与共振频率测量

基于扫描探针显微镜(SPM)微机械性能测试的需求,设计了一种可用电容力驱动微桥面振动的新型微桥.通过实验选材和单晶Si的刻蚀研究,提出了一种新的正面刻蚀成桥方法,获得了一种基于湿法刻蚀的低成本、易加工的实用微桥加工技术.利用SEM和AFM观察了微桥,证实微桥已制备成功且微桥桥面形貌比较平整.最后用改进的扫描隧道显微镜(STM)测量了微桥振动的频率响应,测得的共振频率与理论估算值基本一致.     

DSP与CPLD在扫描探针显微镜中的应用

扫描探针显微镜(Scanning Probe Micmscope,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.     

扫描探针显微镜中数据格式的分析及转换程序的设计

随着扫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...     

新型纳米阻抗显微镜前置放大器的设计

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300kHz；其STM信号的噪声约为0．8mV，能满足原子级分辨成像的要求。     

开放式SPM控制系统的设计与实现

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。     

基于原子力显微镜的微桥机械特性测量

研究了基于原子力显微镜(AFM)的微桥机械特性的测量方法。通过微机电系统(MEMS)技术制备了可用静电力驱动进行机械振动的金属微桥。利用一套改进的商用AFM实验装置对测量方法进行了优化,并对微桥的共振频率进行了测量,所得实验结果与理论估算和仿真计算的结果基本一致。基于AFM的微桥机械特性的测量具有精度高和容易实现的特点,可作为测量平台扩展用于薄膜材料或微量液体的内耗、粘弹等性质的表征。