1.NANOVISUA教学型扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜;图像处理;扫描探针显微镜STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。为表彰STM的发明者们所作出的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖金.NanoVisual，教学型扫描隧道显微镜可在机械教学中发挥良好作用。

　　　　　　　　 2.教学型NANOVISUAL扫描隧道显微镜

NanoVisual是针对高等院校实验课程和中学素质教育而设计的教学型扫描隧道显微镜。为了适应教学要求，NanoVisual去繁就简，扫描部件高度集成，操作流程简练便捷，具备工作原理清楚、稳定性优越等特点。控制软件和后处理软件用户界面友好，辅以生动的教学课件，引导学生轻松把握扫描隧道显微镜的原理和基本操作方法。NanoVisual扫描隧道显微镜具有一定的可扩充性，可以根据需要增加某些功能部件，从而具备一定科研能力。

3.主要性能

扫描图像BMP/TIFF全兼容文件格式，当前全部工作环境参数同步保存。基于WindowsXP/2000/9X的控制软件和后处理分析软件，简约化的扫描隧道显微镜探头，初学者只需经简单的培训即可把握操作方法，具有I-V曲线等测量分析功能，具有图形刻蚀模式和矢量扫描模式的纳米加工技术，样品尺寸直径30mm、厚度10mm。主控制系统采用德州仪器32位数字信号处理器，每秒可实现高达10亿次32位运算。主控制系统采用10M/100M快速以太网与计算机连接。全数字控制，系统状态、仪器类型、扫描器和探针架参数智能识别和控制。具针尖表征及图像重建功能。按功能模块划分的纵向插卡式结构，便于日后系统维护和升级。

3.1.技术指标

1）软件系统：基于WindowsXP/2000/9X的控制软件和后处理软件。

2）系统功能：扫描隧道显微镜。纳米加工和操纵，包括图形刻蚀模式和矢量扫描模式。

3）参数性能：电流检测灵敏度：≤10pA。图像分辨率：128X128，256X256，512X512，1024X1024。扫描角度：0～360°。扫描频率：0.1～100Hz。预置隧道电流：0.1～10nA。偏置电压：-2～+2V。

4）电子控制系统：8通道16-bitDAC，建立时间1.5微秒。通信接口：10M/100M快速以太网接口。

5）机械性能：样品尺寸：最大可达直径30mm，厚度10mm。全自动步进电机控制进样系统。

　4.扫描隧道显微镜原理分析

扫描隧道显微镜的基本原理是利用量子理论中的隧道效应。将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。这种现象即是隧道效应。隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S和平均功函数Φ有关.。

隧道电流强度对针尖与样品表面之间距非常敏感，假如距离S减小0.1nm，隧道电流I将增加一个数量级，因此，利用电子反馈线路控制隧道电流的恒定，并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描，则探针在垂直于样品方向上高低的变化就反映出了样品表面的起伏。

将针尖在样品表面扫描时运动的轨迹直接在荧光屏或记录纸上显示出来，就得到了样品表面态密度的分布或原子排列的图象。这种扫描方式可用于观察表面形貌起伏较大的样品，且可通过加在z向驱动器上的电压值推算表面起伏高度的数值，这是一种常用的扫描模式。对于起伏不大的样品表面，可以控制针尖高度守恒扫描，通过记录隧道电流的变化亦可得到表面态度的分布。这种扫描方式的特点是扫描速度快，能够减少噪音和热漂移对信号的影响，但一般不能用于观察表面起伏大于1nm的样品。

是利用SPM进行纳米加工的客观依据。同时也说明，SPM不是简单用来成像的显微镜，而是可以用于在原子、分子尺度进行加工和操作的工具。