為了彌補(bǔ)STM只限于觀測(cè)導(dǎo)體和半導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)的缺陷，Binning等人發(fā)明了AFM，AFM利用微探針在樣品表面劃過(guò)時(shí)帶動(dòng)高敏感性的微懸臂梁隨表面的起伏而上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)光學(xué)方法或隧道電流檢測(cè)出微懸臂梁的位移，實(shí)現(xiàn)探針尖端原子與表面原子間排斥力檢測(cè)，從而得到表面形貌信息。

就應(yīng)用而言，STM主要用于自然科學(xué)研究，而相當(dāng)數(shù)量的AFM已經(jīng)用于工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。1988年中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有原子分辨率的AFM。安裝有微型光纖傳導(dǎo)激光干涉三維測(cè)量系統(tǒng)，可自校準(zhǔn)和進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量的計(jì)量型原子力顯微鏡可使目前納米測(cè)量技術(shù)定量化。

利用類(lèi)似AFM的工作原理，檢測(cè)被測(cè)表面特性對(duì)受迫振動(dòng)力敏組件產(chǎn)生的影響，在探針與表面10～100nm距離范圍，可以探測(cè)到樣品表面存在的靜電力、磁力、范德華力等作用力，相繼開(kāi)發(fā)磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡、摩擦力顯微鏡等，統(tǒng)稱為掃描力顯微鏡。

原子力顯微鏡及工作原理

（2）光子掃描隧道顯微鏡（PSTM）

PSTM的原理和工作方式與STM相似，后者利用電子隧道效應(yīng)，而前者利用光子隧道效應(yīng)探測(cè)樣品表面附近被全內(nèi)反射所激起的瞬衰場(chǎng)，其強(qiáng)度隨距接口的距離成函數(shù)關(guān)系，獲得表面結(jié)構(gòu)信息。

光子掃描隧道顯微鏡

（3）其它顯微鏡

如掃描隧道電位儀（STP）可用來(lái)探測(cè)納米尺度的電位變化；掃描離子電導(dǎo)顯微鏡（SICM）適用于進(jìn)行生物學(xué)和電生理學(xué)研究；掃描熱顯微鏡已經(jīng)獲得了血紅細(xì)胞的表面結(jié)構(gòu)；彈道電子發(fā)射顯微鏡（BEEM）則是目前唯一能夠在納米尺度上無(wú)損檢測(cè)表面和接口結(jié)構(gòu)的先進(jìn)分析儀器，國(guó)內(nèi)也已研制成功。

掃描隧道電位儀

2、納米測(cè)量的掃描X射線干涉技術(shù)

以SPM為基礎(chǔ)的觀測(cè)技術(shù)只能給出納米級(jí)分辨率，卻不能給出表面結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的納米尺寸，這是因?yàn)榈侥壳盀橹谷鄙僖环N簡(jiǎn)便的納米精度（0.10～0.01nm）尺寸測(cè)量的定標(biāo)手段。

美國(guó)NIST和德國(guó)PTB分別測(cè)得硅（220）晶體的晶面間距為192015.560±0.012fm和192015.902±0.019fm。日本NRLM在恒溫下對(duì)220晶間距進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其18天的變化不超過(guò)0.1fm。實(shí)驗(yàn)充分說(shuō)明單晶硅的晶面間距具有較好的穩(wěn)定性。

掃描X射線干涉測(cè)量技術(shù)是微/納米測(cè)量中的一項(xiàng)新技術(shù)，它正是利用單晶硅的晶面間距作為亞納米精度的基本測(cè)量單位，加上X射線波長(zhǎng)比可見(jiàn)光波波長(zhǎng)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，有可能實(shí)現(xiàn)0.01nm的分辨率。該方法較其它方法對(duì)環(huán)境要求低，測(cè)量穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一種很有潛力的方便的納米測(cè)量技術(shù)。

自從1983年D.G.Chetwynd將其應(yīng)用于微位移測(cè)量以來(lái)，英、日、意大利相繼將其應(yīng)用于納米級(jí)位移傳感器的校正。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)測(cè)試技術(shù)與儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在1997年5月利用自己研制的X射線干涉器件在國(guó)內(nèi)首次清楚地觀察到X射線干涉條紋。軟X射線顯微鏡、掃描光聲顯微鏡等用以檢測(cè)微結(jié)構(gòu)表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微缺陷。邁克爾遜型差拍干涉儀，適于超精細(xì)加工表面輪廓的測(cè)量，如拋光表面、精研表面等，測(cè)量表面輪廓高度變化最小可達(dá)0.5nm，橫向（X，Y向）測(cè)量精度可達(dá)0.3～1．0μm。渥拉斯頓型差拍雙頻激光干涉儀在微觀表面形貌測(cè)量中，其分辨率可達(dá)0.1nm數(shù)量級(jí)。

邁克爾遜型差拍干涉儀

3、光學(xué)干涉顯微鏡測(cè)量技術(shù)

光學(xué)干涉顯微鏡測(cè)量技術(shù)，包括外差干涉測(cè)量技術(shù)、超短波長(zhǎng)干涉測(cè)量技術(shù)、基于F-P（Ferry-Perot）標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量技術(shù)等，隨著新技術(shù)、新方法的利用亦具有納米級(jí)測(cè)量精度。外差干涉測(cè)量技術(shù)具有高的位相分辨率和空間分辨率，如光外差干涉輪廓儀具有0.1nm的分辨率；基于頻率跟蹤的F-P標(biāo)準(zhǔn)具測(cè)量技術(shù)具有極高的靈敏度和準(zhǔn)確度，其精度可達(dá)0.001nm，但其測(cè)量范圍受激光器的調(diào)頻范圍的限制，僅有0.1μm。而掃描電子顯微鏡（SEM）可使幾十個(gè)原子大小的物體成像。

美國(guó)ZYGO公司開(kāi)發(fā)的位移測(cè)量干涉儀系統(tǒng)，位移分辨率高于0.6nm，可在1.1m/s的高速下測(cè)量，適于納米技術(shù)在半導(dǎo)體生產(chǎn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)硬盤(pán)和精密機(jī)械中的應(yīng)用。