[发明专利]形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统

权利要求书

1.形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统，其特征在于设有针尖腐蚀平台、工作电路和控制软件；

所述针尖腐蚀平台包括电解池、探针定位机构和监测平台；在电解池中装有腐蚀溶液，电解池的液面中间插入待腐蚀的金属丝作为阳极，阳极与阴极在液面处被隔离；

所述探针定位机构由三维位移台和步进电机组成，xy方向保证金属丝处于容器的中央，z方向上调节金属丝浸入液面的深度；

所述监测平台为CCD相机和显示屏构成的可视系统，可观察探针进入液面的位置、角度，辅助金属丝准确定位及监测电化学腐蚀过程中针尖形貌变化；

所述工作电路包括电解池供电电路、电压采集电路及电机驱动电路；所述电解池供电电路由直流电源为电解池部分提供充足的电流和电压，所述直流电源的输出电流呈梯度变化；所述电压采集电路利用数据采集控制卡对金属针尖上的电压信号进行采样，同时将AD转换后的信号反馈给计算机控制软件；所述电机驱动电路控制电机按时启停，带动金属丝运动，完成指定位移，实现探针的定位和腐蚀结束时的提拉；

所述控制软件包括电源初始化模块、电流输出控制模块、采集显示模块及电机控制模块，实现仪器控制及数据采集；

所述电流输出控制模块控制电源由初始电流开始，按程序设定的模式输出变化电流；

所述采集显示模块负责转换处理数据采集卡获取的针尖电压信号，并与预设的阈值电压进行比较；当采集到的电压大于阈值电压时，金属丝断裂，此时，软件控制电路迅速切断电源；软件还设有电压动态显示及数据存储功能，结合监测平台的监测数据，建立电流、电压和针尖形貌的数据后台。

2.如权利要求1所述形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统，其特征在于所述电解池采用环形结构容器，所述电解池的阴极采用不锈钢环，放置于水平液面处。

3.如权利要求1所述形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统，其特征在于所述步进电机采用混合式两相步进电机，步进精度5μm，精确控制金属丝的给进深度，待腐蚀结束时，断电信号将触发步进电机快速上移，提拉针尖离开液面；所述步进电机与探针夹持装置相接，保证金属丝的稳固性和垂直度，其夹盘最小夹持尺寸为1/64”、最大夹持尺寸为1/8”、螺纹规格为M80.75mm。

4.如权利要求1所述形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统，其特征在于所述电解池供电电路的直流电源采用可编程直流电源，提供单路双范围输出，输出电压0～30V/60V，电流0～6A/3.3A，最大功率200W，包含恒压、恒流输出模式；标准配置RS232、GPIB接口。

5.如权利要求1所述形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统，其特征在于所述数据采集控制卡具有16位的分辨率、50kS/s的采样率，从检测到电流突变至电源切断的时间小于1μs。

6.如权利要求1所述形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统，其特征在于所述电源初始化模块用于设置电源与计算机的接口信息、电压电流输出范围、过压过流保护及开关状态。

7.如权利要求1所述形貌可控扫描隧道显微镜针尖制备系统，其特征在于所述电机控制模块控制步进电机按要求给进或提拉探针，即通过设置脉冲信号的频率和脉冲数，控制步进电机的转速、位移，实现对金属丝位置的精细调节和自动化控制；启动/停止按钮则方便用户随时开、关电机。