原子力顯微鏡是一種具有原子分辨率的表面形貌、電磁性能分析的重要儀器。原子力顯微鏡探針由于應(yīng)用范圍于原子力顯微鏡，屬于高科技儀器的耗材，應(yīng)用領(lǐng)域不廣，全世界的使用量也不多。

原子力顯微鏡探針的分類

　　原子力顯微鏡探針基本都是由MEMS技術(shù)加工Si或者Si3N4來制備。探針針尖半徑一般為10到幾十nm。微懸臂通常由一個一般100~500μm長和大約500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。典型的硅微懸臂大約100μm長、10μm寬、數(shù)微米厚。

　　利用探針與樣品之間各種不同的相互作用的力而開發(fā)了各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的顯微鏡，如原子力顯微鏡AFM(范德法力)，靜電力顯微鏡EFM(靜電力)磁力顯微鏡MFM(靜磁力)側(cè)向力顯微鏡LFM(探針側(cè)向偏轉(zhuǎn)力)等，因此有對應(yīng)不同種類顯微鏡的相應(yīng)探針。

　　原子力顯微鏡的探針主要有以下幾種：

　　1、非接觸/輕敲模式針尖以及接觸模式探針：Z常用的產(chǎn)品，分辨率高，使用壽命一般。使用過程中探針不斷磨損，分辨率很容易下降。主要應(yīng)用與表面形貌觀察。

　　2、導電探針：通過對普通探針鍍10-50納米厚的Pt(以及別的提高鍍層結(jié)合力的金屬，如Cr，Ti，Pt和Ir等)得到。導電探針應(yīng)用于EFM，KFM，SCM等。導電探針分辨率比接觸和輕敲模式的探針差，使用時導電鍍層容易脫落，導電性難以長期保持。導電針尖的新產(chǎn)品有碳納米管針尖，金剛石鍍層針尖，全金剛石針尖，全金屬絲針尖，這些新技術(shù)克服了普通導電針尖的短壽命和分辨率不高的缺點。

　　3、磁性探針：應(yīng)用于MFM，通過在普通接觸和輕敲模式的探針上鍍Co、Fe等鐵磁性層制備，分辨率比普通探針差，使用時導電鍍層容易脫落。

　　4、大長徑比探針：大長徑比針尖是專為測量深的溝槽以及近似鉛垂的側(cè)面而設(shè)計生產(chǎn)的。特點：不太常用的產(chǎn)品，分辨率很高，使用壽命一般。技術(shù)參數(shù)：針尖高度>9μm;長徑比5:1;針尖半徑<10nm。

　　5、類金剛石碳原子力顯微鏡探針/全金剛石探針：一種是在硅探針的針尖部分上加一層類金剛石碳膜，另外一種是全金剛石材料制備(價格很高)。這兩種金剛石碳探針具有很大的耐久性，減少了針尖的磨損從而增加了使用壽命。

　　還有生物探針(分子功能化)，力調(diào)制探針，壓痕儀探針。

原子力顯微鏡操作模式

　　隨著原子力顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，各種新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。具體包括如下技術(shù):

　　①接觸模式：Z早的模式，探針和樣品直接接觸，探針容易磨損，因此要求探針較軟，即懸臂的彈性系數(shù)小，一般小于1N/m。

　?、谳p敲模式：探針在外力驅(qū)動下共振，探針部分振動位置進入力曲線的排斥區(qū)，因此探針間隙性的接觸樣品表面。探針要求很高的懸臂彈性系數(shù)來避免與樣品表面的微層水膜咬死。輕敲模式對樣品作用力小，對軟樣品特別有利于提高分辨率。同時探針的壽命也較接觸模式的稍長。

　　以上是Z常用的原子力顯微鏡模式，別的模式還有很多，如：

　　橫向力顯微鏡：檢測樣品表面微區(qū)對探針橫向的摩擦力，可以獲得材料的力學性能)。

　　非接觸模式顯微鏡：與輕敲模式基本相同，區(qū)別是非接觸模式探針工作在力曲線的吸引區(qū))。

　　力調(diào)制顯微鏡：探針對檢測樣品表面微區(qū)有很大的力，可以獲得材料微區(qū)的彈性系數(shù)等力學性能。

原子力顯微鏡探針的作用

　　原子力顯微鏡用一個微小的探針來“摸索”微觀世界，它超越了光和電子波長對顯微鏡分辨率的限制，在立體三維上觀察物質(zhì)的形貌，并能獲得探針與樣品相互作用的信息。原子力顯微鏡具有分辨率高、操作容易、樣品準備簡單、操作環(huán)境不受限制、分辨率高等優(yōu)點。

　　因此，原子力顯微鏡正在迅速應(yīng)用于科學研究的許多領(lǐng)域，并且取得了許多重大的科研成果。而作為影響原子力顯微鏡測量的重要因素之一探針，卻魚目混珠、良莠不齊、品牌種類繁多，對科研工作者造成一定的困擾。同時，儀器操作者往往非專業(yè)人員，對使用過程中出現(xiàn)的一些異常情況束手無策。