扫描探针显微镜的原理与特点分析

     扫描探针显微镜系列产品以近似相同的成像方法测量不同对象的微观特性，它们的共同特点是突破了传统的光学和电子光学成像原理，从而使人类以原子或分子尺度上测量各种物理量成为可能。扫描探针显微镜的基本工作原理是利用探针与样品表面原子分子的相互作用，即当探针与样品表面接近至纳米尺度时形成的各种相互作用的物理场，通过检测相应的物理量而获得样品表面形貌。扫描探针显微镜丰要由探针、位移传感器、扫描器、检测系统、控制器和图像系统5部分组成。

　　扫描探针显微镜中广泛使用管状压电扫描器的垂直方向伸缩范围比平面扫描范围一般要小一个数量级，扫描时扫描器随样品表面起伏而伸缩，如果被测样品表面的起伏超出了扫描器的伸缩范围，则会导致系统无法正常甚至损坏探针。因此，扫描探针显微镜对样品表面的粗糙度有较高的要求。

　　扫描探针显微镜被比作纳米的“眼”和“手”，具有高精度观测和纳米操纵制造功能。扫描探针显微镜已经往纳米科技、化学、材料科学、生物等领域中得到广泛的应用。例如单分子化学反应的实时监控、胶原蛋白脱水过稃的观察、对InAs/lnP纳米线内部结构的研究以及对高通量的纳米材料与纳米器件的制造等，科学技术的发展也对科研工具扫描探针显微镜的性能提出越来越高的要求，要求扫描探针显微镜具有更快的成像速度、更高的成像精度以及操纵的鲁棒性。

　　虽然硬件技术能够提高扫描探针显微镜的测量精度和测量速度，图像处理技术能够提高图像处理速度和成像精度，然而利用控制技术提高扫描精度、扫描速度、成像精度等也是使扫描探针显微镜满足上述性能要求的关键。因此，研究扫描探针显微镜控制技术以满足扫描探针显微镜技术发展的要求得到越来越多的关注。