大家好，這里是老上光顯微鏡知識課堂，在這里你可以學(xué)到所有關(guān)于顯微鏡知識，好的，請看下面文章： 掃描探針顯微鏡（STM）是納米技術(shù)發(fā)展的重要工具，它以量子力學(xué)的隧穿理論為基礎(chǔ)。該理論的核心是，其直徑為原子尺度，可以掃描金屬樣品的表面，并且與樣品具有一定偏置電壓，當(dāng)樣品與之間的距離非常接近時，電子可以從傳輸?shù)綐悠坊驑悠贰Ｍㄟ^隧道效應(yīng)到達(dá)，從而形成隧道電流。隧道電流的大小與其間距{1}：
    
     其中：I是樣品與之間的隧道電流；B是與樣品與之間的偏置有關(guān)的系數(shù)；K是與自由電子的質(zhì)量和有效平均勢壘高度有關(guān)的系數(shù)；S是樣品與之間的隧道電流。
    
     基本組成部分可分為三個部分：頭部系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)。掃描器的質(zhì)量決定了的控制精度和樣品間距，從而決定了STM圖像的質(zhì)量。目前，管狀PZT壓電陶瓷被廣泛使用。掃描器可以在X、y、Z三個方向上進行納米精度的運動。ep電壓發(fā)生器產(chǎn)生三角波等掃描波形，控制掃描儀逐行掃描樣品。針固定在掃描儀上并隨掃描儀移動。在針尖和樣品之間的偏置電壓下，當(dāng)針尖和樣品足夠接近時，調(diào)諧。產(chǎn)生隧道電流。靈敏電流放大器檢測隧道電流，將其轉(zhuǎn)換為電壓，然后與電流設(shè)定點進行比較。在STM電子系統(tǒng)中，通常采用PI控制器作為反饋電路來調(diào)節(jié)掃描器的z向運動，以保持隧道電流的恒定。與樣品在z軸方向上的距離反映了樣品表面高度的波動，這就是STM{2}的恒流模式。
    
     目前，中國有很多的掃描隧道顯微鏡制造商。內(nèi)部電子部分基本上由DSP芯片為核心、外部高精度A/D或D/A等外圍器件組成，由于DSP芯片結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性，使用和學(xué)習(xí)不方便。介紹了一種以單片機中檔為核心，采用16位AD轉(zhuǎn)換器MAX195和DA轉(zhuǎn)換器AD1866構(gòu)成的掃描隧道顯微鏡（STM）電子系統(tǒng)。
    
     由Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列微控制器具有哈佛雙總線結(jié)構(gòu)。它們采用簡化指令集和指令流水線的結(jié)構(gòu)。MX195是Maxm公司生產(chǎn)的16位串行輸出A/D轉(zhuǎn)換器。它具有高速、低功耗和自校準(zhǔn)能力。Max 195主要用于隧道電流的采集，Max 195和PIC16C65之間的連接以及Max 195的外圍連接如圖1所示。
    
     在圖1中，PIC16C65單片機通過通用IO端口D端口的7個引腳與MAX195和MC114555連接，AD轉(zhuǎn)換過程由PIC16C65的程序控制。重新讀取數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)換開始時，設(shè)置低級別/CONV以啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后，SCM不斷檢查E/EO C引腳的電平是否變低。如果轉(zhuǎn)換較低，SCM通過RD5端口構(gòu)造16個串行輸出脈沖以發(fā)送到Max 195。轉(zhuǎn)換后，16位數(shù)據(jù)通過RD4端口逐位發(fā)送到PIC單片機，內(nèi)部讀取和處理。
    
     AD1866是AD公司生產(chǎn)的雙通道16位D／A轉(zhuǎn)換器。每個通道由一個參考電壓、一個16位輸入寄存器、一個16位輸入鎖存器、一個16位DAC和一個輸出放大器組成，AD1866的工作過程也由PIC單片機的程序控制。D/A轉(zhuǎn)換所需的16位數(shù)據(jù)從高比特發(fā)送到低比特率的AD186 6數(shù)據(jù)寄存器。然后，LL和LR引腳構(gòu)造下降沿脈沖。數(shù)據(jù)寄存器中的16位數(shù)據(jù)被發(fā)送到DAC進行D/A轉(zhuǎn)換，DAC的輸出被相應(yīng)地更新，其接口電路如圖2所示。
    
     工作過程如下：首先，步進電機通電，使電機連續(xù)運轉(zhuǎn)，并逐漸向下接近樣品。小直徑探頭安裝在步進電機的前面，隨電機一起運動，當(dāng)探頭接近樣品時，步進電機的工作模式由連續(xù)工作模式變?yōu)辄c工作模式，同時，探頭被偏置直到預(yù)設(shè)的隧道電流。通過檢測壓電陶瓷在z軸方向上的距離，與預(yù)設(shè)值進行比較，得到點的表面高度，利用該方法，可以掃描出樣品的所有表面形狀，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。通過一定的圖像處理可以獲得樣品的表面圖案。
    
     以PIC16C65為核心的掃描隧道顯微鏡電子系統(tǒng)，通過與PC機的接口以及顯示和圖像處理程序，可以清晰地顯示金屬樣品的表面，具有成本低廉、成本低廉等特點。清晰的圖像顯示。它在精密測量、微驅(qū)動、材料研究等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
    
     { 2 } Acthon P D.納米精密機構(gòu){J}Me測量控制. 1998年，31（3）
    
     北航大學(xué)教授從事單片機和嵌入式系統(tǒng)的推廣工作已有20多年。
    
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