隨著表面科學的蓬勃發展和表面分析技術的快速進步,人們不再滿足于一種分析技術獲得一種表面信息的狀況,更加希望能夠用一種多功能分析系統較為完備地表征固體表面。將掃描隧道顯微鏡(STM)和電子能譜技術的結合組建的掃描探針電子能譜儀(Scanning Probe electron energy spectrometer: SPEES)是一種可行的方案。本文介紹了一臺新的SPEES裝置的設計、建造和調試,并利用SPEES裝置開展的表面實驗研究。第一章介紹了表面科學的形成和發展,系統地介紹了各種固體表面分析技術,尤其是將多種表面分析技術相結合的發展趨勢,并詳細介紹了國際上一些多功能分析系統。第二章介紹了SPEES裝置各個組成部分,包括真空系統、傳送系統、STM系統、能量分析器、位置靈敏探測器和供電系統等。并給出了譜儀性能的設計指標。在第三章中,我們嚴格推導了雙環形能量分析器(Double Toroidal Analyser: DTA)內部的電場分布和帶電粒子在分析器內部的運動軌跡,并獲得了描述DTA徑向平面點對點聚焦的一般公式。通過該公式我們可以簡便的設計DTA參數。第四章介紹了新搭建的SPEES裝置的調試工作。通過調試和優化,譜儀的真空、能量分析器、探測器、電子學和數據采集處理系統和在線軟件等都實現了正常工作,各項性能基本達到設計目標。同時,我們還利用掃描模式完成了石墨樣品從零能量次級電子到彈性峰的全譜測量,并對次級電子能譜結構做了標識。第五章介紹了在實驗室原有SPEES裝置上利用針尖場發射電子束開展了HOPG表面Ag納米結構樣品的等離激元激發的電子能量損失譜的實驗研究。實驗發現等離激元峰強度隨著針尖樣品問電場大小增大而顯著增強,首次觀察到了電子非線性非彈性電子散射現象。我們利用單個電子兩步散射模型對實驗線性做了定性的解釋。第六章介紹了針尖場發射電子束激發的HOPG表面次級電子角分布的測量,觀察到了角分布的周期性結構。利用石墨相鄰層之間的衍射解釋實驗結果。