原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡(jiǎn)稱(chēng)AFM），也稱(chēng)掃描力顯微鏡（scanning force microscope，SFM）是一種納米級(jí)高分辨的掃描探針顯微鏡，優(yōu)于光學(xué)衍射極限1000倍。原子力顯微鏡的前身是掃描隧道顯微鏡，是由IBM蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的海因里?！ち_雷爾（Heinrich Rohrer）和格爾德·賓寧（Gerd Binnig）在上世紀(jì)80年代早期發(fā)明的，他們之后因此獲得1986年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　格爾德·賓寧、魁特（Calvin Quate）和格勃（Ger ber）于1986年發(fā)明**臺(tái)原子力顯微鏡，而**臺(tái)商業(yè)化原子力顯微鏡于1989年生產(chǎn)的。AFM是在納米尺度操作材料，及其成像和測(cè)量*重要的工具。信息是通過(guò)微懸臂感受和懸臂上尖細(xì)探針的表面的“感覺(jué)”來(lái)收集的，而壓電元件可以控制樣品或掃描器非常精確的微小移動(dòng)，用導(dǎo)電懸臂（cantilever）和導(dǎo)電原子力顯微鏡附件則可以測(cè)量樣品的電流偏壓；更**的儀器則可以測(cè)試探針上的電流來(lái)測(cè)試樣品的電導(dǎo)率或下表面的電子的移動(dòng)，不過(guò)這種測(cè)試是非常艱難的，只有個(gè)別實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了一致的數(shù)據(jù)。利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測(cè)樣品原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測(cè)的目的，具有原子級(jí)的分辨率。由于原子力顯微鏡既可以觀察導(dǎo)體，也可以觀察非導(dǎo)體，從而彌補(bǔ)了掃描隧道顯微鏡的不足。

　　原子力顯微鏡是由IBM公司蘇黎世研究中心的格爾德·賓寧與斯坦福大學(xué)的Calvin Quate于一九八五年所發(fā)明的，其目的是為了使非導(dǎo)體也可以采用類(lèi)似掃描探針顯微鏡（SPM）的觀測(cè)方法。原子力顯微鏡（AFM）與掃描隧道顯微鏡（STM）*大的差別在于并非利用電子隧穿效應(yīng)，而是檢測(cè)原子之間的接觸，原子鍵合，范德瓦耳斯力或卡西米爾效應(yīng)等來(lái)呈現(xiàn)樣品的表面特性。

　　工作原理

　　AFM的關(guān)鍵組成部分是一個(gè)頭上帶有一個(gè)用來(lái)掃描樣品表面的尖細(xì)探針的微觀懸臂。這種懸臂大小在數(shù)十至數(shù)百微米，通常由硅或者氮化硅構(gòu)成，其上載有探針，探針之**的曲率半徑則在納米量級(jí)。當(dāng)探針被放置到樣品表面附近的地方時(shí)，懸臂上的探針頭會(huì)因?yàn)槭艿綐悠繁砻娴牧Χ駨暮硕蓮澢啤Ｔ诓煌那闆r下，這種被AFM測(cè)量到的力可能是機(jī)械接觸力、范德華力、毛吸力、化學(xué)鍵、取向力、靜電力、磁力（見(jiàn)磁力顯微鏡）卡西米爾效應(yīng)力、溶劑力等等。通常，偏移會(huì)由射在微懸臂上的激光束反射至光敏二極管陣列而測(cè)量到，較薄之懸臂表面常鍍上反光材質(zhì)（ 如鋁）以增強(qiáng)其反射。其他方法還包括光學(xué)干涉法、電容法和壓電效應(yīng)法。這些探頭通常由采用壓電效應(yīng)的變形測(cè)量器而制得。通過(guò)惠斯登電橋，探頭的形變可以被測(cè)得，不過(guò)這種方法沒(méi)有激光反射法或干涉法靈敏。

　　當(dāng)在恒定高度掃描時(shí)，探頭很有可能撞到表面的造成損傷。所以通常會(huì)通過(guò)反饋系統(tǒng)來(lái)維持探頭與樣品片表面的高度恒定。傳統(tǒng)上，樣品被放在壓電管上并可以在z方向上移動(dòng)以保持與探頭之間的恒定距離，在x、y方向上移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)掃描?；蛘卟捎靡环N“三腳架”技術(shù)，在三個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)掃描，這種方法部分抑制了壓電管掃描時(shí)所產(chǎn)生的扭曲效應(yīng)。在較新的設(shè)計(jì)中，探針被裝載在垂直壓電掃描器上，而樣品則用另外的壓電結(jié)來(lái)掃描X和Y方向。掃描的結(jié)果z = f(x,y)就是樣品的形貌圖。

　　AFM可以在不同模式下運(yùn)行。這些模式可以被分為靜態(tài)模式（Static Mode，也稱(chēng)接觸模式，Contact Mode），或其他一系列動(dòng)態(tài)模式（Dynamic Mode，如非接觸模式（Non-Contact Mode）、輕敲模式(Tapping Mode)、側(cè)向力(Lateral Force Mode)模式）。