掃描電化學顯微鏡的探針驅動電路

摘要：采用一種由步進電機和壓電陶瓷構成的宏微二級位置控制系統，設計了基于L298N的步進電機驅動電源和基于PA69的壓電陶瓷驅動電源，電路簡單實用，達到了掃描電化學顯微鏡對探針定位的要求。

關鍵詞：SECM；宏微定位；驅動電路

引言

掃描電化學顯微鏡(SECM)是80年代發展起來的一種電化學現場檢測新技術。該技術驅動非常小的電極(探針)在靠近樣品處進行掃描，樣品可以是金屬、半導體、高分子、生物基底等材料。SECM具有化學靈敏性，可測量微區內物質氧化或還原所產生的電化學電流，從而獲得對應的微區電化學和相關信息。它主要由電化學部分(電解池、探頭、基底、各種電極和雙恒電位儀器)，用來精確地控制、操作探頭和基底位置的位移驅動器，以及用來控制操作、獲取和分析數據的計算機(包括接口)等三部分組成，SECM系統原理如圖1所示。

位移驅動部分是通過超精密定位技術(UMDE)實現對探針的三維空間微位移的精準控制，操縱探頭和基底間保持相對穩定，以便獲得樣品表面信息。它既是SECM控制系統的基本組成部分，也是SECM實現納米級分辨率的關鍵技術之一。為了獲取樣品盡可能完整的信息，要求驅動位移空間相對樣品有較大的量程，可達到厘米級別。同時高分辨率要求必須是超精密定位，分辨率可達到亞微米。因此，SECM的驅動部分采用宏微兩級位移控制系統。宏定位采用步進電機，微定位采用壓電陶瓷。一個好的驅動控制電路是影響SECM位移精度的關鍵因素，因此本文著重于設計二級位移系統的控制電路。……