随着纳米科学技术的发展，对纳米结构的表征变得极为重要。扫描隧道显微镜不但可以提供实空间的原子分辨，人们还可以利用它的扫描隧道谱功能对费米能级附近局域电子态密度进行测量，因此已经成为纳米科技领域一个重要的研究手段。本论文利用扫描隧道显微镜(STM)和扫描隧道谱(STS)研究了Pb/Si(111)及其相关体系的表面形貌和物理性质。　　 (1)Pb/Si(111)体系物理性质的扫描隧道谱研究。当电子在一维势阱中的运动受到限制会形成分立的电子能级，即量子阱态。由于Pb的电子费米波长与(111)方向层间距关系满足λF/2≈2d，Pb/Si(111)体系是一个研究量子阱态非常理想的体系。根据电子运动的一维方势阱模型，电子的相干干涉使得费米能级处的电子态密度随膜厚发生周期为两个单层的振荡，这使得厚度每改变一个原子单层时，薄膜的电子结构和物理性质就会发生明显的改变。通过对不同厚度Pb薄膜dI/dV谱的测量，我们发现，每当薄膜厚度增加2ML，就有一个未占据量子阱态进入费米能级以下，成为占据态，这导致费米能级处态密度在奇偶层之间发生振荡。并且，由于费米波长与层间距的比值不严格为整数，每隔9ML振荡趋势会发生一次转变，形成拍频。不但如此，最高占据量子阱态与最低未占据量子阱态之间的能量间隔随薄膜厚度变化也发生周期为2ML的振荡，由此可以推导出薄膜层间距随层数的振荡关系。我们还研究了Pb薄膜局域功函数随薄膜厚度的变化。研究表明，由于受到费米能级附近态密度的调制，局域功函数同样发生2ML的振荡行为，并存在9ML的拍频，这些结果对研究量子效应对薄膜表面分子吸附和催化作用有重要意义。　　 (2)Au在Pb膜表面沉积的界面结构的研究。利用STM，笔者观察到了两种由Au-Pb合金相和项层Pb(111)√3×√3再构所形成的摩尔条纹结构。其中，周期为2.4nm的摩尔条纹是由Au2Pb与Pb(111)的√3×√3再构形成的，而周期为5.8nm的摩尔条纹是由AuPb2与Pb(111)√3×√3层形成。这种界面结构使电子在表面反射的相位发生移动，同时使得Pb膜的有效厚度减少3个单层，有效厚度以及边界条件的改变可以帮助理解蒸镀Au保护层前后Pb薄膜物理性质的变化，澄清了过去一些研究中存在的疑问。　　 (3)Pb薄膜表面CO分子的吸附行为的研究。通过STM观察我们确定CO分子的吸附位置为顶位。dI/dV谱的测量表明，由于CO分子轨道与Pb薄膜sp轨道之间的耦合，在Pb薄膜超导能隙中出现一个共振态。另外，我们还对CO分子的二阶微分谱做了尝试和探索。