扫描隧道显微镜和扫描微电极联用测量系统及其测量技术

摘要

涉及一种扫描隧道显微镜与扫描微电极联用测量系统及技术，由扫描隧道显微镜(STM)测量平台，扫描微探针及控制/驱动单元；隧道电流信号和微区电位信号测量单元及测量信号的控制和处理单元组成。利用扫描微探针同时检测表面隧道电流和表面电位分布，以压电微扫描和步进电机机械扫描进行扫描测量模式互换，并利用隧道电流作为扫描微电极到达样品表面的指示，实现了扫描微电极尖端与样品表面距离的定量控制，可显著提高表面微区电化学腐蚀电位的分布测量的空间分辨度。该系统可同时测量纳米分辨度的表面形貌图像和表面微区电化学活性分布图像，实现对表面形貌结构—化学活性的相互关联研究。为多种表面空间分辨测量技术提供相互结合、优势互补、关联研究的开放平台。

主权项

1. 扫描隧道显微镜和扫描微电极联用测量系统，其特征在于所说的扫描隧道显微镜和扫描微电极联用测量系统由4个单元组成：扫描隧道显微镜测量平台，扫描微探针及控制与驱动单元，隧道电流信号和微区电位信号测量单元及测量信号的控制和处理单元，扫描隧道显微镜测量平台为商用仪器；所说的扫描微探针及控制与驱动单元包括扫描微探针、X-Y-Z三维压电微扫描器和步进电机驱动X-Y二维机械扫描器，扫描微探针用于检测隧道电流和电化学电位信号，压电微扫描器用于测量表面隧道电流，步进电机驱动机械扫描器用于测量表面电化学电位分布信号；隧道电流信号和微区电位信号测量单元包括隧道电流的前置信号转换与放大和反馈电路和微区电位信号的前置信号转换与放大电路，隧道电流的前置信号转换与放大和反馈电路同商用扫描隧道显微镜隧道电流测量电路，微区电位信号的前置信号转换与放大电路的前置放大器由阻抗变换和差分放大二级电路组成，信号首先经二个高输入阻抗的跟随缓冲放大器，其输出信号再经仪用放大器作减法处理而获得电位相对差值，即由参考探针测得表面平均电位，由扫描微探针测得样品表面局部电位，二者的相对电位差值作为微区电位测量信号；测量信号的控制和处理单元为16位模数转换处理器，经隧道电流信号和微区电位信号测量单元获取的微区电位测量信号和扫描隧道显微镜测量信号均通过一个电子开关，直接送16位模数转换处理变换为数值信号，随后进一步将信号放大、处理和分析。