基于PIC16C65单片机的扫描隧道显微镜的电子学系统.doc
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1、基于PIC16C65单片机的扫描隧道显微镜的电子学系统扫描探针显微镜(STM)是纳米科技发展中最重要的工具。他基于量子力学中的隧道贯穿理论,其核心是一个能在金属样品表面上扫描并与样品间有一定的偏置电压的直径为原子尺度的针尖。当样品与针尖之间的距离非常接近时,电子就可以通过隧道效应由针尖转移到样品或从样品转移到针尖,从而形成隧道电流。隧道电流的大小与他们的间距成负指数关系1:IB exp(-KS)(1)其中:I为样品与针尖之间的隧道电流; B为与样品和针尖之间的偏压有关的系数; K为与自由电子的质量及有效平均势垒高度等有关的系数; S为样品与针尖之间的隧道电流。扫描隧道显微镜的基本构成可以分为3
2、个部分:头部系统、电子学系统、计算机系统。头部系统中的扫描器是一个很关键的部件,扫描器的质量决定了针尖和样品间距的控制精度,从而决定了STM图像的质量。目前一般采用管状的PZT压电陶瓷材料。扫描器可以在x,y,z三个方向上做纳米级的精密移动。xy扫描电压发生器产生例如三角波的扫描波形,控制扫描器对样品进行逐行扫描。针尖固定在扫描器上随扫描器运动。在针尖与样品偏置电压的作用下,当针尖和样品足够接近时,就会有隧道电流产生。灵敏的电流放大器检出隧道电流,并把他转化为电压,再与电流设置点做比较,比较的结果反映了针尖与样品间距与设定值之间的偏差。通常在STM电子学系统中引入比例积分控制器用做反馈电路,以
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