原子力顯微鏡是一種利用原子、分子間的相互作用力觀察物體表面微觀形貌的新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)。它有一根納米級的探針，被固定在可靈敏操控的微米級彈性懸臂上，當(dāng)探針靠近樣品時，其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力會使懸臂彎曲，偏離原來的位置。根據(jù)掃描樣品時探針的偏離量或振動頻率重建三維圖像，就能間接獲得樣品表面的形貌或原子成分。

力檢測部分：使用微小懸臂可檢測原子之間的范德華力變化量。AFM原子力顯微鏡微懸臂通常由一個100～500um長和0.5～5 um厚的硅片或氮化硅片制成，微懸臂頂端有一個尖銳針尖，用來檢測樣品與針尖間的相互作用力。微懸臂有一定的規(guī)格，如長度、寬度、彈性系數(shù)以及針尖的形狀。實(shí)驗(yàn)中，依照樣品的特性、實(shí)驗(yàn)操作模式選擇不同規(guī)格的探針。

位置檢測部分：當(dāng)原子力顯微鏡針尖與樣品之間有了相互作用之后，會使得微懸臂擺動，照射在微懸臂的末端的激光束，其反射光的位置也會因?yàn)閼冶蹟[動而有所改變，激光光斑位置檢測器將偏移量記錄下來并轉(zhuǎn)換成電信號。

反饋系統(tǒng)：在反饋系統(tǒng)中會將電信號當(dāng)作反饋信號，驅(qū)使由壓電陶瓷管制作的掃描器做適當(dāng)移動，以保持樣品與針尖之間的作用力恒定。AFM原子力顯微鏡系統(tǒng)使用壓電陶瓷管制作的掃描器精確控制微小的掃描移動。壓電陶瓷是一種性能奇特的材料，當(dāng)在壓電陶瓷對稱的兩個端面加上電壓時，壓電陶瓷會按特定的方向伸長或縮短。而伸長或縮短的尺寸與所加電壓的大小呈線性關(guān)系。也就是說，可以通過改變電壓控制壓電陶瓷的微小伸縮。通常把三個分別代表X、Y、Z方向的壓電陶瓷塊組成三角架的形狀，通過控制X、Y方向伸縮達(dá)到驅(qū)動探針在樣品表面掃描的目的;通過控制Z方向壓電陶瓷的伸縮達(dá)到控制探針與樣品之間距離的目的。

原子力顯微鏡系統(tǒng)檢測成像全過程中，探針和被測樣品間的距離始終保持在納米量級，距離太大不能獲得樣品表面的信息，距離太小會損傷探針和被測樣品;反饋回路的作用就是在工作過程中，由探針得到探針與樣品相互作用的強(qiáng)度，來改變加在樣品掃描器垂直方向的電壓，從而使樣品伸縮，調(diào)節(jié)探針和被測樣品間的距離，反過來控制探針一樣品相互作用的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)反饋控制。因此，反饋控制是本系統(tǒng)的核心工作機(jī)制。AFM原子力顯微鏡系統(tǒng)采用數(shù)字反饋控制回路，用戶在控制軟件的參數(shù)工具欄通過參考電流、積分增益和比例增益等幾個參數(shù)的設(shè)置對該反饋回路的特性進(jìn)行控制。