原子力显微镜(AFM)
1985年，Binnig, Gerber和Quate开发成功了首台AFM（atomic force microscope, 原子力显微镜）。在表面科学、纳米技术领域、生物电子等领域， SPM（scanning probe microscopy）逐渐发展成为重要的、多功能材的材料表征工具。
STM 要求样品表面导电，而AFM可以测试绝缘体的表面形貌和性能。因为STM的基本原理是通过测量探针与样品表面的隧道电流大小来探测表面形貌，而AFM是测量探针与样品表面的相互作用力。AFM由四个部分组成：机械运动部分、悬臂偏转信号光学检测系统、控制信号反馈系统， 成像和信息处理软件系统。探针与样品之间的相互作用力使微悬臂向上或向下偏转，利用激光将光照射在悬臂的末端，反射光的位置改变就用来测器此悬臂的偏移量，这种检测方法最先由Meyer 和Amer提出。机械部分的运动（探针上、下以及横向扫描运动）是有精密的压电陶瓷控制。激光反射探测采用PSD。反馈和成像系统控制探针和样品表面间距以及最后处理实验测试结果。
原子力显微镜AFM操作模式
随着AFM技术的发展，各种新应用不断涌现。具体包括如下技术:
(1) 接触模式 (contact mode) 最早的模式，探针和样品直接接触，探针容易磨损，因此要求探针较软，即悬臂的弹性系数小，一般小于1N/m。
(2) 轻敲模式 （tapping mode） 也叫Dynamic Force或者Intermittant-contact。探针在外力驱动下共振，探针部分振动位置进入力曲线的排斥区，因此探针间隙性的接触样品表面。探针要求很高的悬臂弹性系数来避免与样品表面的微层水膜咬死。Tapping mode对样品作用力小，对软样品特别有利于提高分辨率。同时探针的寿命也较contact mode的稍长。
以上是最常用的AFM模式，别的模式还有很多：如
Lateral Force Microscopy（横向力显微镜，检测样品表面微区对探针横向的摩擦力，可以获得材料的力学性能），
Noncontact mode Force（非接触模式显微镜，与tapping mode基本相同，区别是非接触模式探针工作在力曲线的吸引区），
Force Modulation （力调制显微镜，探针对检测样品表面微区有很大的力，可以获得材料微区的弹性系数等力学性能），
CFM chemical force microscopy
EFM electric force microscopy
KFM Kelvin force microscopy
MFM magnetic force microscopy
SThM Scanning thermal microscopy
SCM Scanning capacitance microscope
SCPM Scanning chemical potential microscope
SEcM Scanning electrochemical microscope
SICM Scanning ion conductance microscope
SKPM Scanning Kelvin probe microscope
SThM Scanning thermal microscope
STOS Scanning tunneling optical spectrometer
（3）非接触模式（non-contact mode）。在非接触模式中，针尖在样品表面上方振动，始终不与样品接触，探针检测器检测的是范德瓦尔斯力和静电力等对成像样品的无破坏的长程作用力。这种模式虽然增加了显微镜的灵敏度，担当针尖与样品之间的距离较长时，分辨率要比接触式和轻敲式都低，而且成像不稳定，操作相对困难，通常不适用于在液体中成像，在生物中的应用也比较少。
原子力显微镜的特点：
（1）高分辨力能力远远超过扫描电子显微镜（SEM）以及光学粗糙度仪。试样表面的三维数据满足了研究、生产、质量检测越来越微观化的要求。
（2）非破坏性。探针与样品表面相互作用力在10-8N以下，远比以往触针式粗糙度仪压力小，因此不会损伤样品，也不存在扫描电子显微镜的电子束损伤问题。另外扫描电子显微镜要求对不导电的样品进行镀膜处理，而原子力显微镜则不需要。
（3）应用范围广，可用于表面观察、尺寸测定、表面粗糙测定、颗粒度解析、突起与凹坑的统计处理、成膜条件评价、保护层的尺寸台阶测定、层间绝缘膜的平整度评价、VCD涂层评价、定向薄膜的摩擦处理过程的评价、缺陷分析等。
（4）软件处理功能强，其三维图像显示其大小、视角、显示色、光泽可以自由设定。并可选用网络、等高线、线条显示。图像处理的宏管理，断面的形状与粗糙解析，形貌解析等多种功能。
各种模式和应用要求性能各异的探针，而探针的性能指标是决定显微镜分辨率的最关键的因素。
