基于扫描探针电子能谱仪的探针改进及实验研究

摘要

现今，表面科学已经发展成为了一门范围广泛的综合交叉学科，其中扫描隧道显微镜(STM)的发展对这一学科起到了重要的推动作用。尽管STM能够使人们直接地获取表面纳米尺度的形貌，却不能实现表面化学元素的辨别。面对日益复杂的表面研究体系，单独使用STM技术并不能提供完整的物理化学信息。扫描探针电子能谱学(SPEES)就是针对这一困难，近些年发展起来的一种新型原位测量的研究手段。它利用STM针尖场发射电子作为激发源，能够实现表面纳米结构形貌和对应电子态的同时测定。这种原位测量的方案使人们能够对表面特定的纳米结构进行电子能谱的研究;根据特定能损峰的强度，SPEES还可以对表面样品进行谱学意义上的具有空间分辨的成像。因此，该技术的发展将对人们在微观层面上综合理解纳米结构性质有着重要意义。
　　本论文的工作基于本实验组已搭建的SPEES平台，对具有银纳米结构的表面进行扫描探针电子能谱学研究;同时改进现有的扫描探针，让SPEES的谱学分辨能力在已有基础上得到提升。本论文分为三个部分:第一章首先介绍了SPEES相关背景，其中包括STM技术、场发射效应以及电子能谱技术;在此基础之上介绍了国际上近场电子能谱成像的研究现状;最后介绍了本实验组在该方向上取得的前期成果。第二章先介绍了新一代SPEES装置的整体结构，包括STM模块和分析探测系统等;接着对针尖和银薄层样品的制备进行了说明;最后展示了利用该装置进行的最新谱学研究。第三章则具体阐述了对新一代SPEES谱仪中探针的改进，包含:改进现有探针的工艺即新型屏蔽针尖的研制;通过SIMION模拟和SPEES实验研究了这种新型针尖在探测效率上的优势，其结果表明它能使我们在更近的针尖样品距离下进行能谱探测。

目录

声明

摘要

第1章 扫描探针电子能谱学概述

1．1 扫描探针电子能谱技术

1．1．1．扫描隧道显微镜简介

1．1．2．STM针尖场发射效应

1．1．3．电子能谱技术

1．2 扫描探针电子能谱成像技术的研究现状

1．2．1．扫描探针能谱技术探索性研究

1．2．2．谱学成像研究

1．3 本章小结

第2章 新一代扫描探针电子能谱仪

2．1 背景介绍

2．2 新一代SPEES谱仪结构

2．2．1．STM模块

2．2．2．分析器模块

2．2．3．位置灵敏探测系统

2．3 SPEES实验

2．3．1．样品制备

2．3．2．针尖制备

2．3．3．SPEES实验过程

2．4 本章小结

第3章 新一代扫描探针电子能谱仪的改进

3．1 背景介绍

3．2 屏蔽针尖工艺研究

3．2．1．点蜡

3．2．2．镀绝缘层

3．2．3．镀金层

3．3 针尖屏蔽效果研究

3．3．1．SIMION模拟

3．3．2．实验测试

3．4 屏蔽针尖谱成像预研究

3．5 本章小结

总结与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢