第10章 掃描探針顯微鏡

1、Scanning Probe Microscope 掃描探針顯微鏡不同于光學(xué)顯微鏡和其它掃描探針顯微鏡不同于光學(xué)顯微鏡和其它電子顯微鏡，它是不用透鏡的顯微鏡。電子顯微鏡，它是不用透鏡的顯微鏡。 掃描探針顯微鏡掃描探針顯微鏡象它的名字一樣，使用象它的名字一樣，使用尖端非常細(xì)小的探針，在試樣表面掃描，通尖端非常細(xì)小的探針，在試樣表面掃描，通過(guò)檢測(cè)探針和試樣之間的相互作用，在三維過(guò)檢測(cè)探針和試樣之間的相互作用，在三維空間，納米尺度上探測(cè)試樣表面的形態(tài)，物空間，納米尺度上探測(cè)試樣表面的形態(tài)，物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 掃描探針顯微鏡的發(fā)展歷史掃描探針顯微鏡的發(fā)展歷史 掃描探針顯微鏡的功能掃

2、描探針顯微鏡的功能 掃描探針顯微鏡的原理及應(yīng)用掃描探針顯微鏡的原理及應(yīng)用 1982 1982年，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的葛年，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的葛賓賓尼（尼（GerdGerd Binnig Binnig）和海）和海羅雷爾羅雷爾(Heinrich Rohrer)(Heinrich Rohrer)等等研制成功了世界第一臺(tái)新型的表面分析儀器研制成功了世界第一臺(tái)新型的表面分析儀器掃描隧掃描隧道顯微鏡（道顯微鏡（STMSTM）。使人類(lèi)第一次實(shí)在地觀察到了單個(gè)）。使人類(lèi)第一次實(shí)在地觀察到了單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)以及與表面電子行為有關(guān)的原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)以及與表面電子行為有關(guān)的

3、物理、化學(xué)性質(zhì)。被國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為八十年代世界十物理、化學(xué)性質(zhì)。被國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為八十年代世界十大科技成就之一。為此賓尼和羅雷爾獲得了大科技成就之一。為此賓尼和羅雷爾獲得了19861986年諾貝年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1986年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 繼繼STMSTM之后，之后，19861986年葛年葛賓尼又提出了原子力顯賓尼又提出了原子力顯微鏡（微鏡（Atomic Force Microscope,Atomic Force Microscope,簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)AFMAFM）的設(shè)）的設(shè)想、想、 19871987年美國(guó)斯坦福大學(xué)物理系的奎特教授研制年美國(guó)斯坦福大學(xué)物理系的奎特教授研制

4、成功了現(xiàn)在廣泛采用的激光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)原子力顯微鏡成功了現(xiàn)在廣泛采用的激光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)原子力顯微鏡. . 接著橫向力顯微鏡（接著橫向力顯微鏡（Lateral Force Microscope,Lateral Force Microscope,簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)LFMLFM）, ,掃描力顯微鏡（掃描力顯微鏡（SFMSFM）、彈道電子發(fā)射）、彈道電子發(fā)射顯微鏡（顯微鏡（BEEMBEEM）、掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微境（）、掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微境（SNOMSNOM）等相繼出現(xiàn)，這類(lèi)基于探針對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行掃描成象等相繼出現(xiàn)，這類(lèi)基于探針對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行掃描成象的顯微鏡統(tǒng)稱(chēng)為掃描探針顯微鏡（的顯微鏡統(tǒng)稱(chēng)為掃描探針顯微鏡（Scanning

5、Probe Scanning Probe Microscope,Microscope,簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)SPMSPM）。）。 樣品表面三維形貌結(jié)構(gòu)（納米尺度的三維測(cè)量）樣品表面三維形貌結(jié)構(gòu)（納米尺度的三維測(cè)量） 摩擦力摩擦力 磁場(chǎng)力磁場(chǎng)力 (MFM)(MFM) 電場(chǎng)力電場(chǎng)力 (EFM)(EFM) 表面電勢(shì)（電壓）表面電勢(shì)（電壓） 硬度測(cè)試和微載荷壓痕硬度測(cè)試和微載荷壓痕 粗糙度粗糙度 電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng) (ECM)(ECM) 力曲線(xiàn)力曲線(xiàn) 納米尺度的刻蝕和加工納米尺度的刻蝕和加工顯微鏡名稱(chēng)顯微鏡名稱(chēng)檢測(cè)的物理量檢測(cè)的物理量掃描隧道顕微鏡掃描隧道顕微鏡STM:Scanning Tunneling Mic

6、roscopy隧道電流隧道電流原子力顕微鏡原子力顕微鏡AFM:Atomic Force Microscopy原子力原子力近接場(chǎng)光學(xué)顕微鏡近接場(chǎng)光學(xué)顕微鏡NSOM:Near-field Scanning Optical Microscopy近接場(chǎng)光近接場(chǎng)光磁力顕微鏡磁力顕微鏡MFM:Magnetic Force Microscopy磁力磁力摩擦力顕微鏡摩擦力顕微鏡FFM:Friction Force Microscopy摩擦力摩擦力掃描型近接場(chǎng)超聲波顕微鏡掃描型近接場(chǎng)超聲波顕微鏡 SNAM:Scanning Near-Field Acoustic Microscopy超音波超音波掃描型離子顕微鏡

7、掃描型離子顕微鏡SICM:Scanning Ion Conductance Microscopy離子傳導(dǎo)離子傳導(dǎo)量子力學(xué)原理：量子力學(xué)原理： 根據(jù)量子力學(xué)理論和科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)具有電位根據(jù)量子力學(xué)理論和科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)具有電位勢(shì)差的兩個(gè)導(dǎo)體之間的距離小到一定程度時(shí)，電子勢(shì)差的兩個(gè)導(dǎo)體之間的距離小到一定程度時(shí)，電子將穿透兩導(dǎo)體之間的勢(shì)壘從一端向另一端躍遷。這將穿透兩導(dǎo)體之間的勢(shì)壘從一端向另一端躍遷。這種電子躍遷的現(xiàn)象在量子力學(xué)中被稱(chēng)為隧道效應(yīng)，種電子躍遷的現(xiàn)象在量子力學(xué)中被稱(chēng)為隧道效應(yīng)，而躍遷形成的電流叫做隧道電流。隧道電流有一種而躍遷形成的電流叫做隧道電流。隧道電流有一種特殊的性質(zhì)，既對(duì)兩導(dǎo)體

8、之間的距離非常敏感，如特殊的性質(zhì)，既對(duì)兩導(dǎo)體之間的距離非常敏感，如果把距離減小果把距離減小0.10.1納米，隧道電流就會(huì)增大一個(gè)數(shù)量納米，隧道電流就會(huì)增大一個(gè)數(shù)量級(jí)。級(jí)。 STMSTM就是利用了這種隧道效應(yīng)。就是利用了這種隧道效應(yīng)。 把兩個(gè)導(dǎo)體換成尖銳的金屬探針和平坦的導(dǎo)電樣品，把兩個(gè)導(dǎo)體換成尖銳的金屬探針和平坦的導(dǎo)電樣品，在探針和樣品之間加上電壓。當(dāng)移動(dòng)探針逼近樣品并在探針和樣品之間加上電壓。當(dāng)移動(dòng)探針逼近樣品并在反饋電路的控制下使二者之間的距離保持在小于在反饋電路的控制下使二者之間的距離保持在小于1 1納納米的范圍時(shí)，根據(jù)前面描述的隧道效應(yīng)現(xiàn)象，探針和米的范圍時(shí)，根據(jù)前面描述的隧道效應(yīng)現(xiàn)象

9、，探針和樣品之間就會(huì)產(chǎn)生隧道電流。隧道電流對(duì)距離非常敏樣品之間就會(huì)產(chǎn)生隧道電流。隧道電流對(duì)距離非常敏感，當(dāng)移動(dòng)探針在水平方向有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)時(shí)，探針下感，當(dāng)移動(dòng)探針在水平方向有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)時(shí)，探針下面有原子的地方隧道電流就強(qiáng)，而無(wú)原子的地方隧道面有原子的地方隧道電流就強(qiáng)，而無(wú)原子的地方隧道電流就相對(duì)弱。把隧道電流的變化記錄下來(lái)，再輸入電流就相對(duì)弱。把隧道電流的變化記錄下來(lái)，再輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和顯示，就可以得到樣品表面原子到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和顯示，就可以得到樣品表面原子級(jí)分辨率的圖象。級(jí)分辨率的圖象。 對(duì)于如此微小的掃描移動(dòng)和精確的距離控制，對(duì)于如此微小的掃描移動(dòng)和精確的距離控制，STMSTM的的實(shí)

10、現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法依靠壓電陶瓷。壓電陶瓷是一種性能奇特的材依靠壓電陶瓷。壓電陶瓷是一種性能奇特的材料，當(dāng)在壓電陶瓷對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)端面加上電壓時(shí)，壓電陶瓷料，當(dāng)在壓電陶瓷對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)端面加上電壓時(shí)，壓電陶瓷會(huì)按特定的方向伸長(zhǎng)或縮短。而伸長(zhǎng)或縮短的尺寸與所加會(huì)按特定的方向伸長(zhǎng)或縮短。而伸長(zhǎng)或縮短的尺寸與所加的電壓的大小呈線(xiàn)形關(guān)系。既可以通過(guò)改變電壓來(lái)控制壓的電壓的大小呈線(xiàn)形關(guān)系。既可以通過(guò)改變電壓來(lái)控制壓電陶瓷的微小伸縮。把三個(gè)分別代表電陶瓷的微小伸縮。把三個(gè)分別代表X X，Y Y，Z Z方向的壓電方向的壓電陶瓷塊組成三角架的形狀。通過(guò)控制陶瓷塊組成三角架的形狀。通過(guò)控制X X，Y Y方向伸縮達(dá)到方向伸縮達(dá)

11、到驅(qū)動(dòng)探針在樣品表面掃描的目的；通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)探針在樣品表面掃描的目的；通過(guò)控制 Z Z 方向壓電方向壓電陶瓷的伸縮達(dá)到控制探針與樣品之間距離的目的。陶瓷的伸縮達(dá)到控制探針與樣品之間距離的目的。 STM STM探針的尖端是非常尖銳的，通常探針的尖端是非常尖銳的，通常只有一兩個(gè)原子。因?yàn)橹挥性蛹?jí)銳度的只有一兩個(gè)原子。因?yàn)橹挥性蛹?jí)銳度的針尖才能得到原子級(jí)分辨率的圖象，針尖才能得到原子級(jí)分辨率的圖象，STMSTM探針通常是用電化學(xué)的方法制作的。也有探針通常是用電化學(xué)的方法制作的。也有人用剪切的簡(jiǎn)單方法得到尖銳的針尖。人用剪切的簡(jiǎn)單方法得到尖銳的針尖。 STMSTM的基本工作原理是利用探針與樣品在近

12、距離（小于的基本工作原理是利用探針與樣品在近距離（小于1 1納米）納米）時(shí)，由于二者存在電位差而產(chǎn)生隧道電流，隧道電流對(duì)距離非常敏感；時(shí)，由于二者存在電位差而產(chǎn)生隧道電流，隧道電流對(duì)距離非常敏感；當(dāng)控制壓電陶瓷使探針在樣品表面掃描時(shí)，由于樣品表面高低不平而使當(dāng)控制壓電陶瓷使探針在樣品表面掃描時(shí)，由于樣品表面高低不平而使針尖與樣品之間的距離發(fā)生變化，而距離的變化引起了隧道電流的變化；針尖與樣品之間的距離發(fā)生變化，而距離的變化引起了隧道電流的變化；控制和記錄隧道電流的變化，并把信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，就可以得控制和記錄隧道電流的變化，并把信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，就可以得到樣品表面高分辨率的形貌圖像

13、。到樣品表面高分辨率的形貌圖像。 （a a）恒電流模式）恒電流模式 （b b）恒高模式）恒高模式（a a）恒電流模式：在針尖掃描過(guò)程中通過(guò)電子反饋回路控）恒電流模式：在針尖掃描過(guò)程中通過(guò)電子反饋回路控制隧道電流保持不變。為維持恒定的隧道電流，針尖將隨樣制隧道電流保持不變。為維持恒定的隧道電流，針尖將隨樣品的表面起伏上下移動(dòng)，從而記錄針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡即可品的表面起伏上下移動(dòng)，從而記錄針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡即可得出表面形貌。得出表面形貌。（b b）恒高模式）恒高模式: :在針尖掃描過(guò)程保持針尖高度不變。由于隧在針尖掃描過(guò)程保持針尖高度不變。由于隧道電流與針尖道電流與針尖樣品間距成指數(shù)關(guān)系，即使試樣表

14、面僅有原樣品間距成指數(shù)關(guān)系，即使試樣表面僅有原子尺度的起伏，也會(huì)導(dǎo)致隧道電流非常顯著的變化。從而通子尺度的起伏，也會(huì)導(dǎo)致隧道電流非常顯著的變化。從而通過(guò)測(cè)量電流的變化來(lái)反映表面形貌。過(guò)測(cè)量電流的變化來(lái)反映表面形貌。 恒電流模式是常用的工作模式。恒高模式適用于表面起伏恒電流模式是常用的工作模式。恒高模式適用于表面起伏不大的樣品，當(dāng)表面起伏較大時(shí)由于針尖離表面很近，容易不大的樣品，當(dāng)表面起伏較大時(shí)由于針尖離表面很近，容易造成針尖與樣品相碰撞，導(dǎo)致針尖與樣品的破壞。造成針尖與樣品相碰撞，導(dǎo)致針尖與樣品的破壞。 硅片是制作晶體管和大規(guī)模集成硅片是制作晶體管和大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體材料，為了得到表面電路

15、的半導(dǎo)體材料，為了得到表面清潔的單質(zhì)材料，要對(duì)硅片進(jìn)行加清潔的單質(zhì)材料，要對(duì)硅片進(jìn)行加熱和退火處理。有關(guān)硅表面原子的熱和退火處理。有關(guān)硅表面原子的重構(gòu)現(xiàn)象一直有較大的爭(zhēng)議。當(dāng)賓重構(gòu)現(xiàn)象一直有較大的爭(zhēng)議。當(dāng)賓尼和羅雷爾將硅表面原子排列的尼和羅雷爾將硅表面原子排列的STMSTM圖象呈現(xiàn)在世人面前時(shí)，科學(xué)圖象呈現(xiàn)在世人面前時(shí)，科學(xué)家們?cè)趯?duì)硅家們?cè)趯?duì)硅111111面原子重構(gòu)的事實(shí)面原子重構(gòu)的事實(shí)表示信服。同時(shí)，更為表示信服。同時(shí)，更為STMSTM的極高的極高分辨本領(lǐng)所驚訝。分辨本領(lǐng)所驚訝。在加熱和退火處理過(guò)程中表面原子進(jìn)行重新組在加熱和退火處理過(guò)程中表面原子進(jìn)行重新組合，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化。合，結(jié)構(gòu)發(fā)生

16、較大變化。 在電解液中得到的硫酸根離子吸附在銅單晶在電解液中得到的硫酸根離子吸附在銅單晶(111)(111)表表面的面的STMSTM圖象。圖中硫酸根離子吸附狀態(tài)的一級(jí)和二級(jí)圖象。圖中硫酸根離子吸附狀態(tài)的一級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)。結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)。銠單晶上的氧原子點(diǎn)陣銠單晶上的氧原子點(diǎn)陣（5nm 5nm 掃描范圍）掃描范圍）氧原子點(diǎn)陣（氧原子點(diǎn)陣（4nm 掃描范圍）掃描范圍）吸附在鉑上的碘原子缺陷吸附在鉑上的碘原子缺陷（2.5nm 掃描范圍）掃描范圍）（a a）探針吸著原子移動(dòng)）探針吸著原子移動(dòng)（b b）電場(chǎng)蒸發(fā)法）電場(chǎng)蒸發(fā)法（c c）電子束激發(fā)化學(xué)反應(yīng)）電子束激發(fā)化學(xué)反應(yīng) （d d）機(jī)械變形、切削）

17、機(jī)械變形、切削 從從MoSMoS2 2表面除去表面除去S S原子原子寫(xiě)成原子文字寫(xiě)成原子文字“和平和平91”91”從從MoSMoS2 2表面除去表面除去S S原子原子的操作方法的操作方法2nm/個(gè)，個(gè)，50萬(wàn)個(gè)字萬(wàn)個(gè)字1mm，1990年年11月月 1990 1990年年1 1月，月，IBMIBM公司的科學(xué)家在金屬鎳表面用公司的科學(xué)家在金屬鎳表面用3535個(gè)惰個(gè)惰性氣體氙原子寫(xiě)出性氣體氙原子寫(xiě)出“IBM”IBM”三個(gè)英文字母。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三個(gè)英文字母。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)STMSTM的探針不僅能得到原子圖象，而且可以將原子吸住，搬運(yùn)到的探針不僅能得到原子圖象，而且可以將原子吸住，搬運(yùn)到另一個(gè)地方放下。另一個(gè)地方

18、放下。 NiXe5nm/個(gè) STMSTM探針可以將原子象算盤(pán)珠子一樣撥來(lái)?yè)苋?。這是碳探針可以將原子象算盤(pán)珠子一樣撥來(lái)?yè)苋?。這是碳6060分子每十個(gè)一組放在銅表面組成的算盤(pán)。它與普通算盤(pán)不同，分子每十個(gè)一組放在銅表面組成的算盤(pán)。它與普通算盤(pán)不同，算珠不是用細(xì)桿穿起來(lái)，而是沿銅表面的原子臺(tái)階排列的。算珠不是用細(xì)桿穿起來(lái)，而是沿銅表面的原子臺(tái)階排列的。 利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過(guò)搬遷碳原子而繪制出的利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過(guò)搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國(guó)地圖。把這幅地圖放大到一米見(jiàn)方世界上最小的中國(guó)地圖。把這幅地圖放大到一米見(jiàn)方, ,就相就相當(dāng)于把中國(guó)地圖放大到實(shí)際領(lǐng)土的面積。當(dāng)于把中

19、國(guó)地圖放大到實(shí)際領(lǐng)土的面積。中科院化學(xué)所中科院化學(xué)所C60C60結(jié)構(gòu)的解析結(jié)構(gòu)的解析C60是單純由碳原子結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，它具有60個(gè)頂點(diǎn)和32個(gè)面，其中12個(gè)為正五邊形，20個(gè)為正六邊形。 1. 1. 具有極高的分辨率。水平分辨率小于具有極高的分辨率。水平分辨率小于0.10.1納米，納米，垂直分辨率小于垂直分辨率小于0.0010.001納米，可以輕易的納米，可以輕易的“看到看到”原子，這是一般顯微鏡甚至電子顯微鏡所難以達(dá)原子，這是一般顯微鏡甚至電子顯微鏡所難以達(dá)到的。到的。2. 2. 得到的是實(shí)時(shí)的、真實(shí)的樣品表面的高分辨率得到的是實(shí)時(shí)的、真實(shí)的樣品表面的高分辨率圖象。而不同于某些分析儀器

20、是通過(guò)間接的或計(jì)圖象。而不同于某些分析儀器是通過(guò)間接的或計(jì)算的方法來(lái)推算樣品的表面結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，算的方法來(lái)推算樣品的表面結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，STMSTM是真正看到了原子。是真正看到了原子。3. 3. 使用環(huán)境寬松。電子顯微鏡等儀器對(duì)工作環(huán)使用環(huán)境寬松。電子顯微鏡等儀器對(duì)工作環(huán)境要求比較苛刻，樣品必須安放在高真空條件下境要求比較苛刻，樣品必須安放在高真空條件下才能進(jìn)行測(cè)試。而才能進(jìn)行測(cè)試。而STMSTM既可以在真空中工作，既可以在真空中工作，又可以在大氣中、低溫、常溫、高溫，甚至在溶又可以在大氣中、低溫、常溫、高溫，甚至在溶液中使用。因此液中使用。因此STMSTM適用于各種工作環(huán)境下的適用于各種工

21、作環(huán)境下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。科學(xué)實(shí)驗(yàn)。4. 4. 應(yīng)用領(lǐng)域是寬廣的。無(wú)論是物理、化學(xué)、生應(yīng)用領(lǐng)域是寬廣的。無(wú)論是物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，還是材料、微電子等應(yīng)用物、醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，還是材料、微電子等應(yīng)用學(xué)科都有它的用武之地。學(xué)科都有它的用武之地。5. 5. 價(jià)格相對(duì)于電子顯微鏡等大型儀器來(lái)講較低。價(jià)格相對(duì)于電子顯微鏡等大型儀器來(lái)講較低。利于推廣應(yīng)用。利于推廣應(yīng)用。 令人遺憾的地方是令人遺憾的地方是STMSTM基于隧道電流的工作原基于隧道電流的工作原理，所以決定了樣品必須是導(dǎo)體或半導(dǎo)體。而面對(duì)理，所以決定了樣品必須是導(dǎo)體或半導(dǎo)體。而面對(duì)世界上大量存在的非導(dǎo)電材料世界上大量存在的非導(dǎo)電材料STMS

22、TM顯得無(wú)能為力。顯得無(wú)能為力。 如何解決如何解決STMSTM存在的問(wèn)題，科學(xué)家們又開(kāi)始了存在的問(wèn)題，科學(xué)家們又開(kāi)始了新的探索。新的探索。 原子力顯微鏡的設(shè)計(jì)思想：一個(gè)對(duì)力非常敏原子力顯微鏡的設(shè)計(jì)思想：一個(gè)對(duì)力非常敏感的微懸臂，其尖端有一個(gè)微小的探針，當(dāng)探針感的微懸臂，其尖端有一個(gè)微小的探針，當(dāng)探針輕微地接觸樣品表面時(shí)，由于探針尖端的原子與輕微地接觸樣品表面時(shí)，由于探針尖端的原子與樣品表面的原子之間產(chǎn)生極其微弱的相互作用力樣品表面的原子之間產(chǎn)生極其微弱的相互作用力而使微懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變信號(hào)轉(zhuǎn)換而使微懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)并進(jìn)行放大，就可以得到原子間力微成光電

23、信號(hào)并進(jìn)行放大，就可以得到原子間力微弱的變化信號(hào)。原子力顯微鏡設(shè)計(jì)的高明之處在弱的變化信號(hào)。原子力顯微鏡設(shè)計(jì)的高明之處在于利用微懸臂間接地感受和放大原子之間的作用于利用微懸臂間接地感受和放大原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。力，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。 當(dāng)兩物體距離較遠(yuǎn)時(shí)由于當(dāng)兩物體距離較遠(yuǎn)時(shí)由于分散力分散力的作用而相互吸引，的作用而相互吸引，當(dāng)兩物體距離較近時(shí)由于互相的交換作用而相互排斥。當(dāng)兩物體距離較近時(shí)由于互相的交換作用而相互排斥。zkF 將一個(gè)對(duì)微弱力極其敏感的彈性微懸臂一端固定，另一端的針尖與試樣表面將一個(gè)對(duì)微弱力極其敏感的彈性微懸臂一端固定，另一端的針尖與試樣表面輕輕接觸。當(dāng)針尖尖端原子與樣品表面間存在極其微弱的作用力（輕輕接觸。當(dāng)針尖尖端原子與樣品表面間存在極其微弱的作用力（1