原子力显微镜(AFM)是在扫描隧道显微镜(STM)的基础上发展起来的表面检测仪器,它克服了STM不能检测绝缘材料的缺点,是纳米科技中最为有效和重要的检测加工手段,它的发明和应用极大地促进了纳米科技的发展。反之随着原子力显微镜成功的应用于物理、化学、微电子、纳米材料、生命科学和微机械加工等众多科学领域中,对于仪器本身的结构、性能、稳定性、操作的简便性都有不同的要求,因而更加引起人们的重视其发展和产业化。 通过对AFM基本原理的了解,以及对相应于不同应用的改进技术和在同样原理基础上发展起来的新型检测仪器的了解为背景,通过比较和分析,找出现有仪器主要的缺陷和不足,在比较深入的体会的基础之上,改进原有仪器的不足,设计出IPC—208B型原子力显微镜,它集AFM与STM为一体的AFM,其中的STM可以单独使用。并进行了一些实验研究,检验仪器的性能。目前,该机已有很好的检测效果,其横向分辨力优于0.1nm,纵向分辨力0.01nm,不仅拓展了AFM的应用领域,也为AFM在国内的普及和产业化奠定了良好的基础。 本论文研究的主要内容包括:简要介绍了AFM的基本工作原理;在分析微悬臂微位移检测的各种方式的基础上,采用STM作为原子力显微镜的微位移检测装置,并讨论了微悬臂的制作,以及改进了的微悬臂及其三维控制机构;设计了新的压电陶瓷扫描器以及用步进电机驱动控制系统组成的多自由度纳米级三维移动平台等。还就IPC—208B型原子力显微镜的性能和应用作了一些实验研究。