掃描電化學(xué)顯微鏡電子控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、掃描電化學(xué)顯微鏡(簡稱SECM)是一種新型的掃描探針顯微鏡，自1986年被提出后便得到了迅速的發(fā)展。它基于電化學(xué)原理工作，驅(qū)動非常小的探針在靠近樣品處進(jìn)行掃描，可測量微區(qū)內(nèi)物質(zhì)氧化或還原所給出的電化學(xué)電流，從而獲得對應(yīng)的微區(qū)電化學(xué)和相關(guān)信息，目前可達(dá)到的最高分辨率為100納米。由于SECM具有化學(xué)靈敏性，不但可以研究導(dǎo)體和絕緣體表面的幾何形貌，而且可以分辨不均勻電極表面的電化學(xué)活性，對材料進(jìn)行微米級加工等。 國外已經(jīng)有商品化SE

2、CM儀器，但價格非常昂貴，而且不提供任何詳細(xì)線路圖，目前國內(nèi)尚無生產(chǎn)此類儀器。本文主要研究SECM電子控制系統(tǒng)的兩個關(guān)鍵部分：微位移驅(qū)動工作臺和微電流檢測儀，為自主研制這一新型儀器提供技術(shù)準(zhǔn)備。 本文選用壓電陶瓷微位移器作為驅(qū)動SECM探針的微定位工作臺，具有納米級的高定位精度。壓電陶瓷驅(qū)動電源是壓電陶瓷微位移器的關(guān)鍵部件，國內(nèi)外已有大量研究，多采用分立器件，電路復(fù)雜。本文在分析了壓電陶瓷驅(qū)動電源的要求后，利用高精度高壓運算放大

3、器PA69設(shè)計了一種新的電壓控制型驅(qū)動電源，提高了電路集成度，并補償了輸入失調(diào)電壓。經(jīng)實驗證明該電源能滿足SECM探針驅(qū)動中微定位的控制需要，具有精度高、電路簡單、可靠性強的特點。 SECM實驗中需要同時控制兩個工作電極的電位，且工作電極上產(chǎn)生的微電流信號極其微弱(一般在納安級甚至更小)很難采集和識別。本文在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計了一種參考電極虛地的雙恒電位儀，兩個工作電極的電位控制電路完全對稱，從而簡化了電路設(shè)計，提高了

4、電路的抗干擾性。在微電流檢測上通過在反饋回路中串一個電阻器采集電流信號，并用儀表放大器AD620差動測量電阻兩端的電壓，實驗證明該電路較好的滿足了微電流信號的檢測要求，克服了現(xiàn)有一些儀器靈敏度越高穩(wěn)定性越差的弊端。 SECM的儀器控制部分采用32位嵌入式ARM微控制器LPC2138實現(xiàn)，設(shè)計了16位的程控電壓源來控制壓電陶瓷驅(qū)動電源和雙恒電位儀，16位的AD數(shù)據(jù)采集電路實現(xiàn)對微電流信號的采集。同時設(shè)計了一個基于CP2102的US