與電子顯微鏡相比，原子力顯微鏡有很多方面的優(yōu)勢(shì)：如樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單，樣品導(dǎo)電與否都能適合該儀器;操作環(huán)境不受限制，即可以在真空，也可以在大氣中進(jìn)行;并且可以對(duì)所測(cè)區(qū)域的面粗糙度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等等。自上世紀(jì)80年代diyi臺(tái)原子力顯微鏡問(wèn)世至今，分辨率和穩(wěn)定性得到極大提高，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但同時(shí)也有其自身的缺點(diǎn)，由于各方面的影響因素，圖像有時(shí)會(huì)產(chǎn)生假相等。

原子力顯微鏡的原理

　　原子力顯微鏡是利用一個(gè)對(duì)力敏感的探針針尖與樣品之間的相互作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)表面成像的。將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的彈性微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品的表面輕輕接觸，由于針尖原子與樣品表面原子間存在極微弱的作用力(10^-8～10^-6N)，微懸臂會(huì)發(fā)生微小的彈性形變。

　　原子力顯微鏡針尖和樣品之間的力F與微懸臂的形變?chǔ)之間遵循胡克定律F=kΔz，其中，k為微懸臂的力常數(shù)。測(cè)定微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。針尖與樣品之間的作用力與距離有著強(qiáng)烈的依賴關(guān)系，所以在掃描過(guò)程中利用反饋回路保持針尖和樣品之間的作用力恒定，即保持微懸臂的形變量不變，針尖就會(huì)隨表面的起伏上下移動(dòng)。記錄針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種檢測(cè)方式被稱為“恒力”模式，是原子力顯微鏡使用Z廣泛的掃描方式。

　　原子力顯微鏡的圖像也可以使用“恒高”模式來(lái)獲得，也就是在x、y掃描過(guò)程中，不使用反饋回路，保持針尖與參考水平面之間的距離恒定，檢測(cè)器直接測(cè)量微懸臂z方向的形變量來(lái)成像。這種方式由于不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時(shí)用得比較多，而對(duì)于表面起伏較大的樣品不適合。

原子力顯微鏡的工作模式

　　對(duì)于原子力顯微鏡，通用的工作模式有接觸和敲擊式。在敲擊模式中，一種恒定的驅(qū)使力使探針懸臂以一定的頻率振動(dòng)。當(dāng)針尖剛接觸樣品時(shí)，懸臂振幅會(huì)減少到某一數(shù)值。在掃描過(guò)程中，反饋回路維持懸臂振幅在這一數(shù)值恒定，亦即作用在樣品上的力恒定，通過(guò)記錄壓電陶瓷管的移動(dòng)得到樣品表面形貌圖。對(duì)于接觸模式，由于探針和樣品間的相互作用力會(huì)引起微懸臂發(fā)生形變，也就是說(shuō)微懸臂的形變作為樣品和針尖相互作用力的直接度量。同上述輕敲式，反饋系統(tǒng)保持針尖-樣品作用力恒定從而得到表面形貌圖。

原子力顯微鏡的關(guān)鍵部分

　　原子力顯微鏡的關(guān)鍵部分是力敏感元件和力敏感元件檢測(cè)裝置。為了能準(zhǔn)確反映出樣品的表面形貌，力傳感器要滿足以下幾個(gè)要求：

　?、僭卺樇馀c樣品的接觸過(guò)程中，為了不使針尖損壞樣品，要求微懸臂有相對(duì)較低的力彈性常數(shù)，即受到很小的力就能產(chǎn)生可檢測(cè)的位移。

　?、跒榱私档鸵黄饘?duì)于噪聲的敏感性，并使其有較高的掃描速度，要求微懸臂有盡可能高的固有共振頻率(一般為200kHz~300kHz)。

　?、垡?yàn)槲冶凵系尼樇馀c樣品的摩擦力會(huì)引起微懸臂的橫向彎曲，從而導(dǎo)致圖像失真，這就要求微懸臂要有高的橫向剛性，實(shí)際應(yīng)用中將微懸臂制成V字形就可提高其橫向剛性。

　　④如果采用隧道電流方式來(lái)檢測(cè)微懸臂的位移，微懸臂的背面必須要有金屬電極，若采用光學(xué)方法檢測(cè)，則要求微懸臂背面有盡可能光滑的反射面。

　?、萑绻捎霉鈱W(xué)反射方法檢測(cè)微懸臂位移時(shí)，如果微懸臂一端的線性平移量是一定的，那么臂長(zhǎng)越短，微懸臂的彎曲度就越大，檢測(cè)的靈敏度就越好。

　?、迬в幸粋€(gè)盡可能尖銳的針尖。原子力顯微鏡的發(fā)展，也可以說(shuō)是微懸臂和針尖不斷改進(jìn)的過(guò)程。一般原子力顯微鏡采用微機(jī)械加工技術(shù)制作的硅、氧化硅以及氮化硅微懸臂。