掃描探針顯微鏡是基于探針在被測試樣表面上進行縱、橫向掃描引起相關(guān)檢測量變化的原理研制的設(shè)備。已滲入微電子技術(shù)、生物技術(shù)、基因工程、生命科學(xué)、材料科學(xué)、表面技術(shù)、信息技術(shù)和納米技術(shù)等各種科學(xué)領(lǐng)域。

掃描探針顯微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域

　　掃描探針顯微鏡用于單原子操縱：

　　1959年美國物理學(xué)會年會上，諾貝爾物理獎獲得者Richard說:“如果我們能夠按自己的意愿排列原子，將會出現(xiàn)何物?這些物質(zhì)的性質(zhì)如何?雖然這個問題我們現(xiàn)在不能回答，但我決不懷疑我們能在如此小的尺寸上操縱原子?！蹦壳?，Richard的設(shè)想可以實現(xiàn)了。

　　使用掃描隧道顯微鏡進行單原子操縱的較普遍的方法，是在針尖和試樣面之間施加偏置電壓。由于針尖同試樣面之間的距離很小，因此，在偏置電壓作用下，針尖和試樣面之間將產(chǎn)生強大電場(10⁹～10¹⁰V/m)。試樣面上的吸附電子在強電場作用下，經(jīng)過蒸發(fā)被移動或提取，在試樣面上留下空穴，從而實現(xiàn)單原子的移動和操縱。同樣，吸附在針尖上的原子也有可能在強電場作用下，經(jīng)過蒸發(fā)而沉積到試樣面上，完成單原子的放置。

　　利用原子力顯微鏡進行單原子操縱還處于研究階段。通過控制針尖同試樣面之間的距離，利用針尖和試樣面原子之間不同的原子間力，實現(xiàn)原子操縱。目前，利用掃描探針顯微鏡實現(xiàn)原子操縱是掃描探針顯微鏡研究的又一新熱點，并因此帶動相關(guān)學(xué)科產(chǎn)生新一輪革命?！罢怯捎趻呙杼结橈@微鏡的精確性和準確性，顯然對傳統(tǒng)微電子工藝形成了沖擊和震動”。

　　掃描探針顯微鏡用于生物技術(shù)和生命科學(xué)：

　　掃描探針顯微鏡在生物技術(shù)和生命科學(xué)中，也具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前掃描探針顯微鏡在生物技術(shù)中的主要應(yīng)用有：基因分析、染色體和細胞膜分析，蛋白質(zhì)和核酸聚合分析，新物種產(chǎn)生等領(lǐng)域。

　　掃描探針顯微鏡用于信息技術(shù)：

　　掃描探針顯微鏡是IBM公司的科學(xué)家發(fā)明的，它在信息技術(shù)的應(yīng)用，一直是人們關(guān)注的，隨著科技的進步，對芯片的計算功能和存儲功能的要求越來越高，如何提高芯片的性能是信息技術(shù)追求的目標，掃描探針顯微鏡的產(chǎn)生可謂是信息技術(shù)發(fā)展的一項催化劑，必然會帶動信息產(chǎn)業(yè)更大的發(fā)展。以納米電子加工為例，掃描探針顯微鏡技術(shù)可以加工更小尺寸的器件，器件的工作頻率也更快，能耗也更低。如果在1cm²Si表面用原子存儲信息，可存儲10¹⁵bit的信息，是目前所用的1.44Mb的7億倍。

　　目前掃描探針顯微鏡技術(shù)主要應(yīng)用于微電子技術(shù)、生物技術(shù)、基因工程、生命科學(xué)、表面技術(shù)、信息技術(shù)和納米技術(shù)等各種科學(xué)領(lǐng)域。隨著納米器件的發(fā)展和掃描隧道顯微鏡理論的不斷完善，人類將可以用特定的原子制造特殊功能的產(chǎn)品。

掃描探針顯微鏡的發(fā)展方向

　?、偬结樶樇獾墓に囇芯?。探針針尖的工藝對掃描探針顯微鏡分辨率至關(guān)重要，如何提高針尖尖度、延長探針使用壽命將成為掃描探針顯微鏡長期研究的問題。

　?、趯τ趻呙杷淼里@微鏡，偏置電壓的控制，也是研究的關(guān)鍵。電壓過高，電場強度增大，有利于原子遷移;然而場強過大，在針尖和試樣面之間會產(chǎn)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致原子操縱過程變得復(fù)雜。

　?、劢佑|面處的接觸距離，是掃描探針顯微鏡中Z關(guān)鍵的因素。合理的接觸距離，既有利于延長針尖的使用壽命，又有利于提高掃描探針顯微鏡的分辨率。而接觸距離在原子操縱中，將起著決定性作用。

　　電場的強弱和原子間力的大小同接觸距離有密切的關(guān)系，尤其是原子力顯微鏡，研究發(fā)現(xiàn)，當接觸距離達到某個值時，接觸面處的原子會發(fā)生“突跳”，“突跳”對原子操縱影響很大。

　　我國已將掃描探針顯微鏡列為急需突破的納米科技發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)。相信在不久的將來，掃描探針顯微鏡將在更廣闊的領(lǐng)域得到發(fā)展。