掃描探針顯微鏡(SPM)具有高精度成像、納米操縱等功能，是納米科技、生命科學(xué)、材料科學(xué)和微電子等科學(xué)研究的重要工具，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家和工程師們對掃描探針顯微鏡的性能也提出越來越高的要求。

掃描探針顯微鏡發(fā)展歷史

　　1981年，Bining，Rohrer在IBM蘇黎世實驗室發(fā)明了掃描隧道顯微鏡(STM)并為此獲得1986年諾貝爾物理獎。STM的出現(xiàn)使人類能夠?qū)υ蛹壗Y(jié)構(gòu)和活動過程進(jìn)行觀察。由于STM需要被測樣本必須為導(dǎo)體或半導(dǎo)體，其應(yīng)用受到一定的局限。

　　1985年，原子力顯微鏡(AFM)的發(fā)明則將觀察對象由導(dǎo)體、半導(dǎo)體擴展到絕緣體。

　　此后，人們在STM和AFM原理的基礎(chǔ)上利用樣品與探針之間多種不同關(guān)系，發(fā)明了力調(diào)制顯微鏡(FMM)、相位檢測顯微鏡(PDM)、靜電力顯微鏡(EFM)、電容掃描顯微鏡(SCM)、熱掃描顯微鏡(SThM)和近場光隧道掃描顯微鏡(NSOM)等各種系列顯微鏡，這些顯微鏡都是基于探針在被測樣本表面上進(jìn)行橫向和縱向掃描，并檢測探針針頭與樣品表面之間相關(guān)檢測量變化的原理研制的設(shè)備，因此，以上各系列顯微鏡被統(tǒng)稱為掃描探針顯微鏡(SPM)。

　　掃描探針顯微鏡系列產(chǎn)品以近似相同的成像方法測量不同對象的微觀特性，它們的共同特點是突破了傳統(tǒng)的光學(xué)和電子光學(xué)成像原理，從而使人類以原子或分子尺度上測量各種物理量成為可能。

　　掃描探針顯微鏡被比作納米的“眼”和“手”，具有高精度(原予級)觀測和納米操縱制造功能。掃描探針顯微鏡已經(jīng)往納米科技、材料科學(xué)、化學(xué)、生物等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。例如膠原蛋白脫水過稃的觀察、單分子化學(xué)反應(yīng)的實時監(jiān)控、對InAs/lnP納米線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究以及對高通量的納米材料與納米器件的制造等，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也對科研工具掃描探針顯微鏡的性能提出越來越高的要求，要求掃描探針顯微鏡具有更快的成像速度、更高的成像精度以及操縱的魯棒性。

　　雖然硬件技術(shù)(如探針制造技術(shù)、高精度傳感器等)能夠提高掃描探針顯微鏡的測量精度和測量速度，圖像處理技術(shù)能夠提高圖像處理速度和成像精度;然而利用控制技術(shù)提高掃描精度、掃描速度、成像精度等也是使掃描探針顯微鏡滿足上述性能要求的關(guān)鍵。因此，研究掃描探針顯微鏡控制技術(shù)以滿足掃描探針顯微鏡技術(shù)發(fā)展的要求得到越來越多的關(guān)注。

掃描探針顯微鏡的發(fā)展展望

　　掃描探針顯微鏡發(fā)展至今已大體成熟，但是仍有許多有待完善的地方。例如移動樣品時，對樣品進(jìn)行掃描檢測的面積并不大，樣品在較大范圍移動時測量的進(jìn)度不是很高等。同時，掃描探針顯微鏡的發(fā)展時間并不是很長，因此缺少了相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范。

　　1、探針針尖

　　探針針尖的工藝研究探針的針尖對于掃描探針顯微鏡的分辨率十分重要。好的針尖設(shè)計不僅能提高其分辨率，對于整體的顯微鏡使用壽命的提高也起著很重要的作用。

　　2、提高獲得樣品表面圖像的時間

　　由于掃描探針顯微鏡是集掃描、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、計算、模擬為一體的結(jié)構(gòu)，因此從開始掃描到Z終獲得圖像的時間是比較長的，未來可能會提高其顯示成像的時間。

　　3、偏置電壓的控制

　　在掃描探針顯微鏡內(nèi)，電壓過高電場強度增大，可以增強原子遷移，然后場強過大時，針尖與樣品之間會產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，影響觀察效果同時導(dǎo)致原子操縱過程變得復(fù)雜。

　　4、從圖像中去處儀器震蕩影響

　　探針的軌跡Z終實際是樣品表面起伏輪廓與超出電子學(xué)反饋系統(tǒng)的附加擾動的疊加。程序本身從數(shù)據(jù)開始逆過程反映出樣品表面的情況這一過程是很難綜合考慮擾動情況的。因此從擾動本身出發(fā)盡量消除震動情況是很需要的。

　　5、接觸面的接觸距離

　　好的接觸距離可以提高掃描探針顯微鏡的分辨率，然而當(dāng)接觸距離達(dá)到某個值時，接觸面處的原子會有突變，對于測量結(jié)果有很大的影響。