扫描探针
SPM 6
6.2. 表面态
表面态就是表面局部的电子能级。
如前所述，表面上附着电荷是一个普遍现象，也就是说表面上存在着使电子局限于表面的量子态，因为只有这样才能容纳来自内部的电子或将电子转移到内部去，从而使表面带电荷。
表面态中电子数目增减造成表面附着电荷的变化。
1. 表面态的种类
(1) 本征态
量子力学证明一个固体，在其表面因为体相周期性被破坏，会导致表面局部能级的出现，它们可以分为两类，即Shockley态和Tamm态。
Schockley态指，主要对共价物质，表面原子上的某些电子，它们所在的轨道指向表面外不与相邻轨道重叠，即所谓悬空键。
因而这些电子占据和体相不同的能级。
Tamm态则涉及到表面原子具有和体相原子不同的电子亲合力，因而在这些表面原子上的电子将占据与体相不同的能态。
(2) 其他表面态
更普遍的情况下，局部的表面态能级是由于在表面上有杂质或吸附物。
气体分子或原子被表面吸附，可以以正离子、负离子或中性分子或原子的状态存在, 这取决于它和固体的电子交换。
这种可以与固体能带进行电子交换的吸附物能级也是一种表面量子态。
2. 表面态能级
从理论上看，表面能级在能量上可以集中为一个或几个能量值，也可以形成一个连续的分布。
以吸附原子为例，如果它们都是同一种原子而且在表面上是分散开的，互不影响，那它们对应于一个表面能级。
然而如果它们彼此接近，电子可以由一个吸附原子到另一个，那么，表面能态并不局限于一个原子而是对应于电子运动于各原子之间的状态，这样表面态为一个连续的能级分布。
Figure1.Simplified one-dimensional model of a periodic crystal potential terminating at an ideal surface.At the surface,the model potential jumps abruptly to the vacuum level(solid line). The dashed line represents a more realistic picture,where the potential reaches the vacuum level over some distance.Figure2.Real part of the type of solution to the one-dimensional Schrödinger equation,which correspond to the bulk states.These states have Bloch character in the bulk,while decaying exponentially into the
vacuum.Figure3.Real part of the type of solution to the one-dimensional Schrödinger equation,which correspond to surface states.These states decay into both the vacuum and the bulk crystal and thus represent states localized at the crystal surface.
Experimental techniques
Surface State on Au(111)
This result has been obtained with:PHOIBOS 150 CCD
UVS 10/35
Data courtesy of:
W. Widdra (Martin-Luther-Universität
Halle-Wittenberg, Germany)Cu(111)
6.3. 功函
一般功函可以认为是位于无穷远处的自由电子能
量与Fermi 能级E
F 之差。
φ＝E e -E F =µ+e V
s +χ
µ是体相导带和Fermi 能级之差，χ是表面导带相对于自由电子能量之差。
1. 功函的定义
功函定义为绝对零度将体系中电子移到真空中所必
须克服的最低势能。
功函可用许多谱学方法测量，经典的方法有
Kelvin 法。
功函随表面势垒线性增大。
功函可直接反映表
面势垒。
(1) 晶面
体系的功函具有各向异性的特点，是结构敏感的。
不同的晶面具有不同的功函。
2. 影响功函的因素
(2) 表面粗糙度（Surface roughness）
下图反映对于Au和Pt随表面台阶密度增加，△φ线性下降，意味着较为粗糙的表面功函较低，即电子容易失去。
(3) 粒子大小
一个固体的功函也等于它的电离势(ionization potential), 但它总是低于构成固体的单个原子的电离势。
因为相邻的其它剩余电子将部分掩蔽电子电离后所留下的正电荷, 造成体系能量下降。
下图表明随铁簇状物大小的增加，其电离势接近固体功函。
(4) 表面吸附
表面吸附
下图表明功函的变化与表面吸附有关。
反之，从表面功函变化的大小也可给出表面结构的信息。
功函的变化也常可给出表面覆盖度的信息。
CO吸附导致的Rh表面功函的变化
Na吸附导致的Rh表面功函的变化
EC-STM
In site scanning tunneling microscopy in electrolyte solutions
Kingo Itaya and D.M. Kolb
Cyclic voltammetry Au(111) in 0.1M H2SO4
Cyclic current potential curve
(a) Cu (111) (b) Au(111) (c) Ag(111)
a
c b
A,b,c, 表示三种表面状态，试按表面粗糙度（台阶量）排序。
黑，蓝，红线分别代表KI，KBr，KCl三种盐溶液中（）的特性吸附
A，阳离子，b，阴离子
其中黑线为（），蓝线为（），红线为（）
A, KBr, B, KCl, C, KI
Part II STRONG MOLECULE-SUBSTRATE INTERACTIONS
Molecule-molecule
interaction
Molecule-substrate
interaction
Chemisorbed thiol SAMs
M-M interactions
M-S interactions
STM EC-STM UHV-STM
Ferricyanide/Fe Array
rrocyanide
SA=Sialic acid
L-NIBC
D-NIBC Au(110)
Au(111)
Dr. Sun’s group
Preparation
365K 355K 345K L-NIBC in D2O,365K
Rt, 24h
SAMs of pure NIBC
1.98
2.34
E=11.7kcal/mol
E(Au-S)=27.9kcal/mol
High temperature
?
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.040
0.0450.0500.0550.0600.0650.0700.075 B
Linear Fit of Data1_B
Y A x i s T i t l e
X Axis Title
HN
SH
HO
O HN
SH
O
+ H 2O
+ H 3O +
]
[][log
--=NIBC NIBC pK pH a pK a =3.1
pH 5
6
7
NIBC(μM )
19.75
19.975
19.9975
NIBC -(μM )
0.25
0.0250.0025
NIBC=20μM
HN
SH
HO
O HN
SH
O
+ NaOH
+ H 2O + Na +
a phase
b phase
pH M a+b a+Mb b
Phase transition
HS
Coverage
Temp.
Potential
a
phase
b
phase Pure NIBC
NIBC+ NaOH
L-NIBC
pH
M a+b a+Mb
b
6
6.5
7。
扫描探针显微技术(SPM)
虽然STM图像不能简单地归结为原子的空间排布， 对STM图像的解释，通过量子化学的理论计算，并 结合表面分析技术（如AES、XPS等）结合起来， 综合分析，数据间相互印证等方法综合运用。
STM对工作环境要求较宽松，在大气、真空、溶液、 高温、低温等条件下均可，对各种不同状态的表面 化学研究十分便利。 例如，研究原位表面的化学反应，表面吸附、表面 催化、电化学腐蚀等。 在Si(001)表面上 SiH3→SiH2（吸附）+H（吸附）
iii 光学检测法 光学检测法中常用干涉法和光束偏转法两种。光 学干涉法的原理类似于迈克尔逊干涉仪，用两束 正交的偏振光，分别探测微悬臂的固定端和针尖， 经过微悬臂反射后，两束光发生干涉，干涉光相 位移动的大小与微悬臂形变量△Z有关。在扫描 过程中，通过反馈电路调整相位移恒定，就可以 得到表面形貌图像，分辩率在z方向为0.001nm。
三代显微镜的观察范围及典型物体
扫描探针显微镜的特点
相较于其它显微镜技术的各项性能指标比较
分辨率 扫描探 针显微 镜 透射电 镜 工作环境 样品环境 实环境、大 气、溶液、 真空 温度 室温或低 温 对样品 破坏程度 无 检测深度
原子级(0.1nm) 点分辨 (0.3~0.5nm) 晶格分辨 (0.1~0.2nm)
金属中的自由电子具有波动性，当电子波（ψ） 向表面传播遇到边界时，一部分被反射（ψR）， 而另一部分则可透过边界（ψT），从而在其表面 形成电子云，电子云的密度随距表面的距离成指 数衰减。当两金属靠得很近时，表面的电子云可 以相互渗透，即金属1的透射波ψT1与金属2的透 射波ψT2相互重叠，在两金属间形成电流，这一 现象被称为隧道效应，由此产生的电流为隧道电 流。隧道效应是粒子波动性体现，是一种典型的 量子效应。此时，如果在两金属或半导体上施加 电压，则电子定向流动，形成隧道电流。
第10章 扫描探针显微镜
STM工作原理说明 STM工作原理说明
• 对于如此微小的扫描移动和精确的距离控制， 对于如此微小的扫描移动和精确的距离控制， STM的实现方法 依靠压电陶瓷。压电陶瓷是一种 STM的实现方法—依靠压电陶瓷。 的实现方法 依靠压电陶瓷 性能奇特的材料， 性能奇特的材料，当在压电陶瓷对称的两个端面加上 电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。 电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸 长或缩短的尺寸与所加的电压的大小呈线形关系。 长或缩短的尺寸与所加的电压的大小呈线形关系。既 可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。 可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。把三 个分别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架的 个分别代表X 形状。通过控制X 形状。通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品 表面扫描的目的； 表面扫描的目的；通过控制 Z 方向压电陶瓷的伸缩 达到控制探针与样品之间距离的目的。 达到控制探针与样品之间距离的目的。
扫描探针显微镜家族成员
显微镜名称 扫描隧道顕微鏡 STM:Scanning Tunneling Microscopy 原子力顕微鏡 AFM:Atomic Force Microscopy 近接場光学顕微鏡 NSOM:Near-field Scanning Optical Microscopy 磁力顕微鏡 MFM:Magnetic Force Microscopy 摩擦力顕微鏡 FFM:Friction Force Microscopy 检测的物理量 隧道电流 原子力 近接場光 磁力 摩擦力
STM工作原理说明 STM工作原理说明
• STM探针的尖端是非常尖锐的，通常 STM探针的尖端是非常尖锐的 探针的尖端是非常尖锐的， 只有一两个原子。 只有一两个原子。因为只有原子级锐度的 针尖才能得到原子级分辨率的图象， 针尖才能得到原子级分辨率的图象，STM 探针通常是用电化学的方法制作的。 探针通常是用电化学的方法制作的。也有 人用剪切的简单方法得到尖锐的针尖。 人用剪切的简单方法得到尖锐的针尖。
afm的工作原理
afm的工作原理AFM的工作原理一、引言原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种高分辨率的表面形貌观测仪器，可以实现纳米级别的表面形貌测量和成像。
它是由美国物理学家贝特·戴维德（Binnig Gerd）和海因里希·罗尔夫（Rohrer Heinrich）于1986年发明的。
AFM采用扫描探针技术，通过探针与样品表面之间的相互作用力来获取样品表面形貌信息。
二、扫描探针AFM中最重要的部件是扫描探针。
扫描探针通常由硅或硅化物制成，具有尖端结构。
扫描探针可以通过悬臂梁固定在仪器上，并且可以在x、y、z三个方向上移动。
三、扫描方式AFM采用扫描方式进行成像。
在扫描过程中，探头被放置在样品表面上，并沿着x和y方向进行移动，同时z方向保持不变。
当探头接近样品表面时，会出现范德华力或静电斥力等相互作用力，这些力会导致探针的弯曲或振动。
AFM通过测量探针的弯曲或振动来获取样品表面形貌信息。
四、力-距离曲线在扫描过程中，AFM通过记录扫描探针受到的相互作用力和距离之间的关系，得到力-距离曲线。
力-距离曲线可以反映出样品表面形貌信息。
当扫描探针接近样品表面时，会出现范德华力或静电斥力等相互作用力，这些力会导致探针的弯曲或振动。
AFM通过测量探针的弯曲或振动来获取样品表面形貌信息。
五、成像方式在得到了力-距离曲线之后，AFM可以通过计算机处理数据来生成样品表面形貌图像。
AFM有两种成像方式：接触模式和非接触模式。
1. 接触模式接触模式是最常用的成像方式之一。
在接触模式下，扫描探头与样品表面保持接触状态，并且在z方向上施加一个微小的压力（通常为纳牛顿级别）。
此时，扫描探头会不断地在样品表面上移动，并且记录下力-距离曲线。
通过对这些数据进行处理，可以生成样品表面形貌图像。
2. 非接触模式非接触模式是另一种常用的成像方式。
在非接触模式下，扫描探头与样品表面之间的相互作用力很小，通常为飞秒牛顿级别。
扫描探针显微技术(spm)
SPM在生物医学领域的应用将进一步 拓展，如细胞形态学、生物分子结构 和功能研究等。
实现多模式、多功能集成
多模式集成
将多种SPM模式（如隧道电流、力曲线、扫 描隧道谱等）集成在同一台仪器上，实现更 全面的分析。
多功能集成
将SPM与其他分析技术（如光谱学、质谱学 等）集成，实现更全面的材料和生物样品分
在生物学中的应用
细胞形态学研究
利用SPM技术可以观察细胞表面形态和微观结构，研究细胞生长、 发育和疾病发生机制。
生物分子相互作用
SPM技术可以用于研究生物分子之间的相互作用，例如蛋白质与 DNA、蛋白质与蛋白质之间的相互作用。
生物传感器
利用SPM技术可以制备高灵敏度的生物传感器，用于检测生物分子和 细胞活性。
03 SPM的工作模式
接触模式
总结词
在接触模式下，探针与样品表面直接 接触进行扫描。
详细描述
在接触模式下，探针的尖端与样品表面紧 密接触，通过探针的垂直运动来扫描样品 表面。这种模式可以提供高分辨率和高对 比度的图像，适用于硬质和脆性样品。
非接触模式
总结词
非接触模式中，探针与样品表面保持一 定距离，避免直接接触。
在表面科学中的应用
表面形貌分析
SPM技术可以对材料表面进行高精度的形貌分析，研究表面粗糙 度、晶面取向等特性。
表面化学分析
结合其他分析手段，SPM技术可以用于研究表面化学组成和元素 分布。
表面改性
通过SPM技术可以对材料表面进行改性，例如在金属表面形成硬 质涂层、在玻璃表面制备防雾涂层等。
05 SPM的未来发展
宾宁和罗雷尔因此获得 了诺贝尔物理学奖。
原子力显微镜（AFM） 问世，由IBM苏黎世研究 实验室的伊瓦尔·冈萨雷 斯（Ivar Giaever）发明。
原子力显微镜工作原理
原子力显微镜工作原理原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种高分辨率的显微镜技术，能够观测并操控物质的微观结构和表面形貌。
它的工作原理基于原子与物质表面之间的相互作用力。
本文将介绍原子力显微镜的工作原理及其相关知识。
一、原子力显微镜的构成原子力显微镜主要包括扫描探针、力传感器、瞬时力回馈系统、图像处理与显示系统等组成。
1. 扫描探针：扫描探针是原子力显微镜的核心部件之一。
它一般由硅或硅的掺杂物制成，具有非常尖锐的尖端。
探针通过控制系统被带动进行扫描，同时可以感受到样品表面的微小力作用。
2. 力传感器：力传感器用于测量样品表面与探针之间的相互作用力。
常见的力传感器有光纤光栅传感器和压电传感器等。
当探针扫描样品表面时，受到的力会在传感器上引起微小的形变，通过测量形变量来得到相互作用力的信息。
3. 瞬时力回馈系统：瞬时力回馈系统用于保持探针与样品表面之间的相互作用力保持恒定。
系统会根据力传感器测得的信号进行实时调整，使得探针对样品表面的作用力保持在一个预设值附近，从而实现对样品表面的准确测量。
4. 图像处理与显示系统：图像处理与显示系统对原子力显微镜获取的图像进行分析和处理，并将结果以图像形式展示出来。
这使得研究人员可以直观地观察到样品表面的形貌和微观结构。
二、原子力显微镜的工作原理原子力显微镜的工作原理基于探针与样品表面之间的相互作用力，该相互作用力主要包括吸附力、排斥力和弹性力等。
1. 吸附力：当探针与样品表面靠近时，由于分子间的吸引作用，存在一定的吸附力。
该吸附力可以反映出样品表面的化学性质和粘附特性。
2. 排斥力：当探针靠近样品表面时，由于电子云的重叠，存在排斥力。
该排斥力可以提供样品表面的纳米级几何拓扑信息。
3. 弹性力：样品表面的弹性力反映出样品的屈服性和力学性质。
通过测量探针在样品表面上下运动时感受到的力，可以得到样品的弹性特征。
原子力显微镜的运行过程大致如下：首先，将探针缓慢靠近样品表面，使得探针尖端与样品表面之间的距离约为几纳米。
材料现代分析与测试 第七章 扫描探针显微分析
第七章扫描探针显微分析第一节概述电子探针显微分析（Electrom Probe Microanalysis——EPMA）也称为电子探针X射线显微分析，是利用电子光学和X射线光谱学的基本原理将显微分析和成分分析相结合的一种微区分析方法。
该分析方法特别适用于分析试样中微小区域的化学成分分析，是研究材料组织结构和元素分布状态的极为有用的分析方法。
扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscopes 简称SPM)包括扫描显微镜(STM)、原子力显微镜（AFM）、激光力显微镜（LFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜以及扫描热显微镜等，是一类完全新型的显微镜。
它们通过其端粗细只有一个原子大小的探针在非常近的距离上探索物体表面的情况，便可以分辨出其它显微镜所无法分辨的极小尺度上的表面特征。
一、SPM的基本原理控制探针在被检测样品的表面进行扫描，同时记录下扫描过程中探针尖端和样品表面的相互作用，就能得到样品表面的相关信息。
因此，利用这种方法得到被测样品表面信息的分辨率取决于控制扫描的定位精度和探针作用尖端的大小（即探针的尖锐度）。
二、SPM的特点1. 原子级高分辨率。
STM在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm 和0.01nm，即可以分辨出单个原子，具有原子级的分辨率。
2. 可实时地得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究及表面扩散等动态过程的研究。
3. 可以观察单个原子层的局部表面结构，因而可直接观察表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。
4. 可在真空、大气、常温，以及水和其它溶液等不同环境下工作，不需要特别的制样技术，并且探测过程对样品无损伤。
这些特点适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表面的评价。
5. 配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。
近代测试技术发展第八章扫描探针显微镜
第八章 扫描探针显微镜
主要内容
扫描探针显微镜的产生 扫描探针显微镜的原理与特点 扫描探针显微镜的应用 存在的问题及其展望 我校SPM简介
扫描探针显微镜产生的必然性
表面结构分析仪器的局限性
1932年
Ruska Knoll
电子显微镜
透射 电子 显微 镜
场电 子显 微镜
场离 子显 微镜
扫描探针显微镜的产生的必然性
纳米科技突飞猛进的发展
Biomolecular Recognition on Vertically Aligned Carbon Nanofibers[1]
ε-Co nanocrystals coated by a monolayer of poly(acrylic acid)-block-polystyrene [2]
应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。
3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整 个表面的平均性质。
应用：可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的 形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。
4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样 品浸在水和其它溶液中，不需要特别制样技术，并且探测过程 对样品无损伤。
电容扫描显微镜（ SCM，接触型）：探针和试样表面间的 介电常数随扫描区域的不同而变化，从而导致接触面处电 容的变化，因此通过测定变化的电容，可得到试样表面的 介电常数分布。
其他几种SPM原理
热扫描显微镜 （SThM，非接触型)：悬臂梁有热膨胀系数 较大的材料制成。 探针扫描时，由于试样面上不同的热量 分布，导致悬臂梁变形量的不同，通过测定悬臂梁的振幅 变化可得到试样表面热量的分布。 近场光隧道扫描显微镜 （SNOM）：探针被固定，试样面 利用压电技术进行扫描，可测几纳米的近场，分辨率： 5～20 nm。
【实验一】扫描探针显微镜(SPM)解析
2020/10/29
分析测试中心
动态力显微镜（DFM)
工作原理：保持针尖悬臂 的振幅衰减量不变
2020/10/29
自由振荡
分析测试中心
振幅衰减
动态力显微镜（DFM)
动态力显微镜是在样品扫描过程中，让探针的悬 臂在其共振频率附近作受迫振动，使得针尖以敲 打的方式敲击样品表面，由于在敲击过程中针尖 与表面之间的相互作用力会改变针尖的振动状态 （振幅，频率），从而引起反馈与控制扫描系统 的反应，调整扫描状态，保证针尖悬臂的振动状 态为初始状态，从而获得样品表面的形貌特征。
STM Scanning Tunneling Microscopy)
（扫 描 隧 道 显 微 镜
2020/10/29
扫描隧道显微镜（STM）
工作原理：保持 隧道电流的值恒 定。
2020/10/29
分析测试中心
扫描隧道显微镜（STM）特点
优点：1.目前分辨率最高的显微镜 2.可通过对扫描隧道谱的分析得到样品
这种扫描成像的方式减弱了针尖对样品的切向伤害，并且使得针尖与样品之间的相 互作用力大大减小。动态力显微镜(DFM)对样品表面基本没有损伤，可以对柔软、 易碎的样品进行表征。
2020/10/29
分析测试中心
相位像成像——样品表面倾斜角度不同
2020/10/29
分析测试中心
动态力显微镜（DFM)特点
扫描探针对于样品要求：1.样品厚度不超过1cm 2.表面清洗干净，无污染 3.表面比较平整
2020/10/29
分析测试中心
）
原动 子态 力力 显显 微微 镜镜 （（
分析测试中心
扫描探针显微镜SPM (scanning Probe Microscopy)
扫描探针显微镜使用方法说明书
扫描探针显微镜使用方法说明书使用扫描探针显微镜的方法说明书第一部分：引言在科学研究和相关学科领域，显微镜是一种不可或缺的工具。
扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，简称SPM）是一种非常重要的显微镜，广泛应用于纳米尺度下的表面形貌观测和材料性质的测量。
本说明书将为您介绍扫描探针显微镜的使用方法。
第二部分：仪器基本构造SPM主要由扫描单元和控制单元组成。
扫描单元包括扫描探针和样品台，控制单元包括控制面板和电脑连接接口。
第三部分：准备工作1. 确保实验室环境整洁、无尘，并保持适宜的温度和湿度。
2. 打开仪器电源，确保所有指示灯均正常亮起。
3. 检查样品台表面有无杂质，如果有，请使用无尘纱布轻轻擦拭。
4. 准备扫描探针，从存放盒中取出并确认表面无损伤。
5. 将扫描探针插入扫描单元，确保连接牢固。
第四部分：操作步骤1. 打开控制面板软件，并连接SPM仪器。
2. 在软件界面上选择合适的扫描模式，如原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）或磁力显微镜（Magnetic Force Microscopy，MFM）。
3. 设定扫描参数，包括扫描速度、扫描范围和采样点数等。
4. 载入样品，切记保持样品平整，并固定在样品台上。
5. 选择适当的探针和扫描模式，并进行扫描区域的选择。
6. 开始扫描，观察样品表面的变化，并通过显微镜界面实时监控。
7. 根据需要调整扫描参数，以获得更准确的结果。
第五部分：操作注意事项1. 操作前确保已仔细阅读仪器的用户手册，并按照说明进行操作。
2. 避免直接用手触摸样品和探针，在操作过程中需佩戴手套，以防止外界污染。
3. 注意仪器的安全使用，避免碰撞或震动。
4. 在操作过程中要保持耐心，避免过度扫描或频繁更换探针。
5. 定期对仪器进行维护和校准，以保证其稳定性和准确性。
第六部分：结果分析与展示扫描探针显微镜可以获得高分辨率的表面形貌图像和有关材料性质的信息。
扫描探针显微镜
扫描探针显微镜扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上进展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统称，是国际上近年进展起来的表面分析仪器，是综合运用光电子技术、激光技术、微弱信号检测技术、精密机械设计和加工、自动掌控技术、数字信号处理技术、应用光学技术、计算机高速采集和掌控及高辨别图形处理技术等现代科技成果的光、机、电一体化的高科技产品。
目录应用特点应用SPM的应用领域是宽广的。
无论是物理、化学、生物、医学等基础学科，还是材料、微电子等应用学科都有它的用武之地。
SPM的价格相对于电子显微镜等大型仪器来讲是较低的。
同其它表面分析技术相比，SPM有着诸多优势，不仅可以得到高辨别率的表面成像，与其他类型的显微镜相比（光学显微镜，电子显微镜）相比，SPM扫描成像的一个巨大的优点是可以成三维的样品表面图像，还可对材料的各种不同性质进行讨论。
同时，SPM正在向着更高的目标进展，即它不仅作为一种测量分析工具，而且还要成为一种加工工具，也将使人们有本领在微小的尺度上对物质进行改性、重组、再造．SPM对人们认得世界和改造世界的本领将起着极大的促进作用。
同时受制其定量化分析的不足，因此SPM的计量化也是人们正在致力于讨论的另一紧要方向，这对于半导体工业和超精密加工技术来说有着非同一般的意义扫描隧道显微镜（STM）在化学中的应用讨论虽然只进行了几年，但涉及的范围已极为广泛。
由于扫描隧道显微镜（STM）的最早期讨论工作是在超高真空中进行的，因此最直接的化学应用是察看和记录超高真空条件下金属原子在固体表面的吸附结构。
在化学各学科的讨论方向中，电化学可算是很活跃的领域，可能是由于电解池与扫描隧道显微镜（STM）装置的相像性所致。
同时对相界面结构的再认得也是电化学家们长期关注的课题。
专用于电化学讨论的扫描隧道显微镜（STM）装置已研制成功。