掃描探針顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)及其局限

掃描探針顯微鏡（Scanning Probe Microscope，SPM）是掃描隧道顯微鏡及在掃描隧道顯微鏡的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的各種新型探針顯微鏡（原子力顯微鏡AFM,激光力顯微鏡LFM，磁力顯微鏡MFM等等）的統(tǒng)稱，是國(guó)際上近年發(fā)展起來(lái)的表面分析儀器，是綜合運(yùn)用光電子技術(shù)、激光技術(shù)、微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、精密機(jī)械設(shè)計(jì)和加工、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、應(yīng)用光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)高速采集和控制及高分辨圖形處理技術(shù)等現(xiàn)代科技成果的光、機(jī)、電一體化的高科技產(chǎn)品。掃描探針顯微鏡以其分辨率極高（原子級(jí)分辨率）、實(shí)時(shí)、實(shí)空間、原位成像，對(duì)樣品無(wú)特殊要求（不受其導(dǎo)電性、干燥度、形狀、硬度、純度等限制）、可在大氣、常溫環(huán)境甚至是溶液中成像、同時(shí)具備納米操縱及加工功能、系統(tǒng)及配套相對(duì)簡(jiǎn)單、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于納米科技、材料科學(xué)、物理、化學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域，并取得許多重要成果。

SPM作為新型的顯微工具與以往的各種顯微鏡和分析儀器相比有著其明顯的優(yōu)勢(shì)：

首先，SPM具有極高的分辨率。它可以輕易的“看到”原子，這是一般顯微鏡甚至電子顯微鏡所難以達(dá)到的。

其次，SPM得到的是實(shí)時(shí)的、真實(shí)的樣品表面的高分辨率圖像。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)，SPM是真正看到了原子。

再次，SPM的使用環(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才能進(jìn)行測(cè)試。而SPM既可以在真空中工作，又可以在大氣中、低溫、常溫、高溫，甚至在溶液中使用。因此SPM適用于各種工作環(huán)境下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

另外，SPM的應(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)用學(xué)科都有它的用武之地。

還有，SPM的價(jià)格相對(duì)于電子顯微鏡等大型儀器來(lái)講是較低的。

掃描探針顯微鏡（SPM）與其他顯微鏡技術(shù)的各項(xiàng)性能指針比較

任何事物都不是十全十美的一樣，SPM也有令人遺憾的地方。

由于其工作原理是控制具有一定質(zhì)量的探針進(jìn)行掃描成像，因此掃描速度受到限制，檢測(cè)效率較其他顯微技術(shù)低；

由于壓電效應(yīng)在保證定位精度前提下運(yùn)動(dòng)范圍很?。壳半y以突破100μm量級(jí)），而機(jī)械調(diào)節(jié)精度又無(wú)法與之銜接，故不能做到象電子顯微鏡的大范圍連續(xù)變焦，定位和尋找特征結(jié)構(gòu)比較困難；

目前掃描探針顯微鏡中最為廣泛使用管狀壓電掃描儀的垂直方向伸縮范圍比平面掃描范圍一般要小一個(gè)數(shù)量級(jí)，掃描時(shí)掃描儀隨樣品表面起伏而伸縮，如果被測(cè)樣品表面的起伏超出了掃描儀的伸縮范圍，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常甚至損壞探針。因此，掃描探針顯微鏡對(duì)樣品表面的粗糙度有較高的要求；

由于系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)探針對(duì)樣品進(jìn)行掃描時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)推知其表面形貌，因此，探針的幾何寬度、曲率半徑及各向異性都會(huì)引起成像的失真（采用探針重建可以部分克服）。