原子力顯微鏡是通過(guò)檢測(cè)微懸臂形變的大小來(lái)獲得樣品表面的圖像的，所以微懸臂形變檢測(cè)至關(guān)重要。檢測(cè)微懸臂形變的方式主要有以下幾種：①隧道電流檢測(cè)法;②電容檢測(cè)法;③光學(xué)檢測(cè)法;④壓敏電阻檢測(cè)法。由于原子力顯微鏡針尖與樣品之間的作用力為微懸臂的力常數(shù)和形變量的乘積，所以無(wú)論哪種檢測(cè)方法，都應(yīng)不影響微懸臂的力常數(shù)，而且對(duì)形變量的檢測(cè)須達(dá)到納米級(jí)以上。由于光束偏轉(zhuǎn)法比較簡(jiǎn)單，而且技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，所以目前在原子力顯微鏡中應(yīng)用Z為普遍。

隧道電流檢測(cè)法

　　兩個(gè)電極之間的距離和隧道電流之間有很強(qiáng)的依賴(lài)關(guān)系，距離每改變0.1nm，隧道電流就改變近1個(gè)數(shù)量級(jí)，因此利用隧道電流可以靈敏檢測(cè)微懸臂的形變位移量。將原子力顯微鏡微懸臂作為一個(gè)電極，在微懸臂上方設(shè)置一個(gè)STM針尖作為另一個(gè)電極，微懸臂的微小變形就會(huì)引起針樣間距的變化，從而引起隧道電流的劇烈變化，通過(guò)反饋回路控制樣品和針尖做相反的運(yùn)動(dòng)，保持隧道電流的恒定，也就是保持隧道間隙的恒定，就可以獲得表面形貌的高分辨圖像。

　　隧道電流法的靈敏度很高，z方向的分辨率可以達(dá)到0.01nm，但是信噪比較低。主要原因有兩個(gè)：①在大氣環(huán)境下工作時(shí)，針尖的污染會(huì)造成隧道電流無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定;②原子力顯微鏡微懸臂的熱振動(dòng)和熱漂移會(huì)造成隧道電流的較大變化，熱噪聲的水平較高。這種檢測(cè)方法適合于高真空環(huán)境下工作的原子力顯微鏡系統(tǒng)。

電容檢測(cè)法

　　平行板電容器的電容和極板之間距離成反比。如果將原子力顯微鏡微懸臂作為一個(gè)電容極板，在微懸臂上方設(shè)置一塊與微懸臂平行的極板，二者就構(gòu)成一個(gè)平行板電容器。原子力顯微鏡微懸臂的變形會(huì)造成極板之間距離的變化，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生變化，利用反饋回路使微懸臂上的極板運(yùn)動(dòng)，保持掃描時(shí)電容值恒定，就可以獲得樣品表面的形貌信息。這種檢測(cè)方法的靈敏度較低，z向的分辨率只能達(dá)到0.03nm。

光學(xué)檢測(cè)法

　　光學(xué)檢測(cè)法包括光學(xué)干涉法和光束偏轉(zhuǎn)法兩種。

　　光學(xué)干涉法：

　　1987年Martin提出了差動(dòng)式光學(xué)干涉法檢測(cè)微懸臂形變量的原理：參考光束和探測(cè)光束為相互正交的線偏振光，一束為偏振光，兩束光分別探測(cè)微懸臂的固定端和針尖部位，經(jīng)過(guò)微懸臂的反射以后，兩束光發(fā)生干涉，干涉光的相位與探測(cè)光束的光程相關(guān)。

　　在x、y掃描過(guò)程中，針尖和樣品的相互作用力使得原子力顯微鏡微懸臂偏轉(zhuǎn)，探測(cè)光束的光程發(fā)生變化，造成探測(cè)光束和參考光束的干涉光的相位發(fā)生移動(dòng)。相位移動(dòng)的大小與微懸臂的形變量直接相關(guān)，從而可以確定針尖與樣品之間的相互作用力。

　　掃描過(guò)程中，通過(guò)反饋回路控制干涉光的相位移恒定就可以得到表面形貌圖像。由于光學(xué)干涉法的光束直徑較大，所以對(duì)原子力顯微鏡微懸臂上的微小污染和表面粗糙度都不敏感，所以信噪比比較高，在所有的檢測(cè)手段中，這種方式的檢測(cè)精度Zgao，z方向的分辨率高達(dá)0.001nm。

　　光束偏轉(zhuǎn)法：

　　1988年Meyer等發(fā)展了光束偏轉(zhuǎn)法，其原理是將激光器發(fā)出的激光聚焦在微懸臂的背面，從具有反射面的微懸臂的背面反射進(jìn)入位置靈敏的光電二極管檢測(cè)器，微懸臂的形變可以通過(guò)反射光束的偏移量來(lái)表征。通過(guò)反饋回路控制反射光束偏移量恒定，便可以對(duì)表面進(jìn)行成像。光束偏轉(zhuǎn)法的精度很高，當(dāng)激光的波長(zhǎng)為670nm時(shí)，極限分辨率可以達(dá)到0.003nm。

　　光束偏轉(zhuǎn)法的原理和技術(shù)簡(jiǎn)單，但精度卻不如光學(xué)干涉法高。為此，Quate等將原子力顯微鏡微懸臂進(jìn)行了改進(jìn)，制備了具有衍射光柵結(jié)構(gòu)的叉指型微懸臂。其中與針尖相連的懸臂帶有一套指狀結(jié)構(gòu)，在掃描的過(guò)程中可以隨樣品表面的起伏而偏轉(zhuǎn);另外一套指狀結(jié)構(gòu)固定在微懸臂的基底上，掃描時(shí)固定不動(dòng)，作為位置的參考基準(zhǔn)。這樣采用光束偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)原子力顯微鏡微懸臂的形變量時(shí)，從光柵結(jié)構(gòu)的微懸臂上反射的光束會(huì)產(chǎn)生多級(jí)衍射條紋，可以達(dá)到與光學(xué)干涉法接近的精度，但比干涉法的檢測(cè)復(fù)雜程度卻低很多，而且多級(jí)衍射條紋的存在可以降低振動(dòng)噪聲，提高信噪比。

壓敏電阻檢測(cè)法

　　上述三種原子力顯微鏡微懸臂形變量的檢測(cè)方法都是利用外加傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)系統(tǒng)和微懸臂之間必須對(duì)準(zhǔn)，所以掃描成像時(shí)，微懸臂不能運(yùn)動(dòng)，壓電陶瓷掃描管驅(qū)動(dòng)樣品運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)針尖和樣品的相對(duì)掃描，這就限制了原子力顯微鏡的掃描速度和掃描范圍。

　　壓敏電阻材料的特點(diǎn)是材料的電阻隨外加應(yīng)力的變化而變化，Si是一種很好的壓敏電阻材料，所以在微懸臂的自由端沉積一定厚度的Si薄膜，并將此壓敏電阻作為惠斯登電橋的一個(gè)電阻臂，就可以通過(guò)檢測(cè)電橋的電位差(V1-V2)來(lái)計(jì)算壓敏電阻值的變化。電阻值變化的多少反映了原子力顯微鏡微懸臂對(duì)Si施加應(yīng)力的大小，也就是微懸臂形變量的大小。