ΔZ 表示针尖相对于试样间的距离, K 为Can2tilever 的弹性系数，力的变化均可以通过Cantilever 被检测。
（2） AFM关键部位：
AFM关键部份是力敏感元件和力敏感检测装置。所以微悬臂和针尖是决定AFM灵敏度的核心。为了能够准确地反映出样品表面与针尖之间微弱的相互作用力的变化,得到更真实的样品表面形貌,提高AFM 的灵敏度,微悬臂的设计通常要求满足下述条件: ①较低的力学弹性系数,使很小的力就可以产生可观测的位移; ②较高的力学共振频率; ③高的横向刚性,针尖与样品表面的摩擦不会使它发生弯曲; ④微悬臂长度尽可能短;⑤微悬臂带有能够通过光学、电容或隧道电流方法检测其动态位移的镜子或电极; ⑥针尖尽可能尖锐。
(3) AFM的针尖技术
探针是AFM的核心部件。如
右图。目前,一般的探针式表面
形貌测量仪垂直分辨率已达到
0.1 nm ,因此足以检测出物质表
面的微观形貌。 但是,探针针尖
曲率半径的大小将直接影响到
测量的水平分辨率。当样品的尺
寸大小与探针针尖的曲率半径相当或更小时,会出现“扩宽效应”,即实际观测到的样品宽度偏大。 这种误差来源于针尖边壁同样品的相互作用以及微悬臂受力变形。某些AFM 图像的失真在于针尖受到污染。 一般的机械触针为金刚石材料,其最小曲率半径约20 nm。 普通的AFM 探针材料是硅、氧化硅或氮化硅(Si3N4 ) ,其最小曲率半径可达10 nm。 由于可能存在“扩宽效应”,针尖技术的发展在AFM中非常重要。 其一是发展制得更尖锐的探针,如用电子沉积法制得的探针,其针尖曲率半径在5～10 nm 之间 。 其二是对探针进行修饰,从而发展起针尖修饰技术。
探针针尖的几何物理特性制约着针尖的敏感性及样品图像的空间分辨率。 因此针尖技术的发展有赖于对针尖进行能动的、功能化的分子水平的设计。 只有设计出更尖锐、更功能化的探针, 改善AFM 的力调制成像(force modulation imaging) 技术和相位成像(phase imaging)技术的成像环境,同时改进被测样品的制备方法,才能真正地提高样品表面形貌图像的质量。
(4) AFM的工作模式
AFM 有三种不同的工作模式: 接触模式( contact mode) 、非接触模式(noncontact mode) 和共振模式或轻敲模式(Tapping Mode) 。
①接触模式
接触模式包括恒力模式(constant2force mode) 和恒高模式(constant2height mode) 。 在恒力模式中过反馈线圈调节微悬臂的偏转程度不变,从而保证样品与针尖之间的作用力恒定,当沿x 、y 方向扫描时,记录Z 方向上扫描器的移动情况来得到样品的表面轮廓形貌图像。 这种模式由于可以通过改变样品的上下高度来调节针尖与样品表面之间的距离,这样样品的高度值较准确,适用于物质的表面分析。 在恒高模式中,保持样品与针尖的相对高度不变
,