扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）由于具有原子量级的分辨率，所以在表面物理、化学、生物等领域得到了越来越广泛的应用。我们研制了一个ＡＦＭ／ＳＴＭ系统，它利用隧道电流检测微悬臂的位移，既可用作ＡＦＭ，又可作为ＳＴＭ。本文介绍了这个系统的微悬臂的设计和研制。实验表明，这种微悬臂使系统可以达到纳米量级的分辨率。

在大气环境中用ＳＴＭ进行纳米级超微加工，以高定向热解石墨（ＨＯＰＧ）和金薄膜作为样品，通过在ＳＴＭ探针和样品之间施加一定的脉冲电压制造出了尺度在纳米量级的结构，还对所形成的结构特征进行了分析，总结出部分规律。

根据SIM和AFM的扫描原理,通过CAM设计了一种过载保护装置,使STM和AFM在测试过程中,对超过测试高度的样品停止退针,以免损坏仪器,弥补了仪器设计的不足.

针对目前扫描隧道显微镜超高精度位移的要求，提出了一种基于神经网络的精密工作台控制方案。在分析微位移机构工作原理的基础上，建立了工作台的数学模型。神经网络辨识器在线辨识工作台的机械参数，神经网络自学习PID控制器代替传统PID控制器，实现了样本的在线采集，有效克服了神经网络控制器需要离线训练的缺点。利用BP网络的自学习和自适应能力，实时调整网络加权值，改变控制器的控制系数，增强了系统的实时控制性能。实验结果表明，相对于传统PID控制算法，参考位移量为10Fm时，达到稳态值的时间从3．8S缩短到1．8S，稳态误差从4．29／6减小到1．99／6。

阿贝(Abbe)误差作为纳米计量中的主要误差之一限制着测量精度的提高,故提出了一种新型STM纳米计量仪器,采用3个微型激光干涉仪与STM联用.微型激光干涉仪用来测量探针相对于样品在3个方向上空间位移.与其它STM纳米计量仪器相比,该仪器扫描部分放弃了传统管式扫描器和三角架扫描器,将扫描分为Z向和X-Y平面扫描两部分,Z向扫描由独立的PZT驱动,X-Y扫描由两个PZT驱动的柔性平行四杆导轨完成.这种设计理论上能使Z方向上Abbe误差完全消除,X-Y方向上Abbe臂缩小到扫描范围的一半,最大50 μm,使Abbe误差减小至可忽略的程度.微型激光干涉仪的使用还消除了扫描器PZT的非线性、滞后、爬行和老化等误差.

介绍了一种采用双单元扫描隧道显微镜实现纳米超微定位超微加工的新方法，双单元扫描隧道显微镜由两个Ｚ向同轴ＳＴＭ单元上下组合而成，分别作为样品测量加工单凶与参考定位单元，两者共用一个ＸＹ扫描器，参考定位单元以规则的晶格空间为参考，采用原子阵列伺服寻踪和针尖锁定剂到原子的技术，可以实现纳米级超微定位，与参考定位单元具有相同定位精度的样品测量加工单元采用电压脉冲法可以形成样品表面上的纳米级特征结构。

为了提高扫描隧道显微镜微位移工作台的定位精度,提出了一种基于遗传算法的神经网络PID控制方案.微位移工作台以压电陶瓷为驱动器、柔性铰链为导向机构,在分析工作原理的基础上,建立了工作台的数学模型.神经网络PID控制器对工作台进行闭环控制,能够在线调整网络加权值,实时改变PID控制器的系数,减小工作台的位移误差.利用遗传算法的全局搜索能力对BP网络的初始权值进行学习优化,有效消除了神经网络对初始权值敏感和容易局部收敛的缺陷,改善了控制器的控制效果.性能测试表明,12μm阶跃参考输入下的稳态误差从3.24%减小到2.55%,稳态时间从1.7 s缩短到1.1 s.

开放式多功能扫描探针显微镜、集成扫描隧道显微镜、原子力显微镜、横向力显微镜和静电力显微镜,具有接触、半接触和非接触工作模式,可进行作用力、电流、电位、光能量等参数的高度局域综合测量,具有极高的开放性和可扩展性,支持用户进行二次开发.

Ｒ－藻红蛋白（Ｒ－ＰＥ）从海洋红藻多管藻中分离获得，然后用扫描隧道显微镜对其结构进行了研究。结果表明当Ｒ－ＰＥ在基底高定向石墨（ＨＯＰＧ）上吸附时，大部分蛋白分子聚集在一起，少数单个的蛋白分子分布于ＨＯＰＧ的表面。进一步缩小扫描范围，以可清楚地观察到Ｒ－ＰＥ分子为圆盘壮结构，但分子中央的孔洞的不象－Ｃ藻蓝蛋白那样清晰，这是由于λ－亚基位于分子的中央孔洞内。

设计并制作了一种用于扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）的吸附式微位移驱动器（爬行器），针对其基本特性，提出了优选制备工艺与优化程序相结合的方法。一了必要的工艺过程，制作了合适的驱动电路，以及合理的控制程序，在控制程序中引入了面向对象采用了Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋编程，使程序具有合理的工作模型和良好的用户界面，该爬在的性能与国外同类产品基本相同，造价仅为它们的百分之几。