原子力顯微鏡一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對微弱力敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時(shí)它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。
原子力顯微鏡是利用檢測樣品表面與細(xì)微的探針尖之間的相互作用力(原子力)測出表面的形貌。
探針尖在小的軔性的懸臂上，當(dāng)探針接觸到樣品表面時(shí)，產(chǎn)生的相互作用，以懸臂偏轉(zhuǎn)形式檢測。樣品表面與探針之間的距離小于3-4nm，以及在它們之間檢測到的作用力，小于10-8N。激光二極管的光線聚焦在懸臂的背面上。當(dāng)懸臂在力的作用下彎曲時(shí)，反射光產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使用位敏光電檢測器偏轉(zhuǎn)角。然后通過計(jì)算機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得到樣品表面的三維圖象。
完整的懸臂探針，置放于在受壓電掃描器控制的樣品表面，在三個(gè)方向上以精度水平0.1nm或更小的步寬進(jìn)行掃描。一般，當(dāng)在樣品表面詳細(xì)掃繪(XY軸)時(shí)，懸臂的位移反饋控制的Z軸作用下保存固定不變。以對掃描反應(yīng)是反饋的Z軸值被輸入計(jì)算機(jī)處理，得出樣品表面的觀察圖象(3D圖象)。
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