原子力显微镜(atomic force microscope),简称AFM,具有多种纳米操作功能的重要工具,可应用于多种高精度场合,包括纳米切割、刻划、推拉等机械力操作;在针尖加入电压又可以用来氧化,场蒸发等。场蒸发是利用金属原子在强电压的作用下电离,并沿电场梯度方向溅射到基底上,形成纳米金属沉积物,可应用于纳米器件的加工,为纳米器件加工提供了基于AFM的简便解决方法。针对目前纳米器件加工效率较低,加工过程比较费时的问题,本文利用场蒸发原理,在商业AFM基础上,搭建了一套自动化纳米沉积加工系统,实现了 AFM自动化纳米沉积功能,极大提高了纳米沉积加工的效率。面对程序控制自动化加工实验的从理论分析到系统正常工作各个过程,本文主要研究了以下内容:(1)AFM电场加工理论和仿真分析研究了场蒸发沉积的原理,从分子动力学的角度推导了场蒸发过程,并计算得出了几种金属的蒸发场强,为场蒸发沉积操作提供了理论指导。另外,通过有限元仿真方法,计算得出了 AFM针尖电场在三维空间中的分布情况,并研究了电压、针尖-样品距离等参数对电场分布的影响。通过分子动力学计算得出了金属原子蒸发需要的场强,通过电场仿真得出了电压与电场强度的关系,进而确定了场蒸发沉积所需要的电压。(2)AFM导电探针镀层加工参数分析鉴于商业导电探针的金属镀层参数是固定的,不利于研究镀层对场蒸发沉积加工的影响,因此开展了使用离子溅射仪加工探针金属镀层的研究。通过实验得出了针尖镀层厚度与溅射时间的关系,并分析了镀层厚度对沉积的影响。通过实验验证得出了最适合沉积加工的镀层厚度。(3)针尖-样品距离一针尖-样品回路电流控制方法针尖-基底距离的控制对于AFM是很困难的,因为针尖是弹性的悬臂梁,易受到环境的干扰,本文提出利用水膜的毛细作用力和电流源恒定改变电压从而抵消距离影响的方法,有效的保证沉积电压场强的控制和沉积加工沉积物的可控性,从而为自动化/半自动化大规模AFM电场沉积加工提供了基础的实现条件。(4)AFM自动化电场沉积实验通过搭建自动化纳米沉积加工系统,采用针尖扫描PID算法实现针尖扫描功能,沉积加工闭环控制算法实现自动化沉积加工功能,进行了自动化沉积加工实验,得到了良好的结果,加工的纳米点均一性良好,证明了自动化AFM电场沉积加工的可能性,为以后可能的纳米器件加工提供了基础的研究。本论文研究的意义在于探索一种自动化程序控制的高精度、可重复的纳米沉积加工方法,主要可以应用于CNT等纳米沉积加工,为大规模纳米器件加工提供了一种基于AFM的沉积加工方法。