最初，開(kāi)發(fā)的第一個(gè)掃描探針技術(shù)是用于處理導(dǎo)電探針：掃描隧道顯微鏡 (STM)，一種在表面上掃描鋒利的鎢絲技術(shù)，同時(shí)控制 STM和表面之間的隧道電流。1986 年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的主要缺點(diǎn)是，掃描隧道顯微鏡僅限于導(dǎo)電表面。

為了將主要的 STM 樣品信息 - 形貌 - 從導(dǎo)電表面擴(kuò)展到任意表面，開(kāi)發(fā)了掃描或原子力顯微鏡 (AFM)。為 AFM 開(kāi)發(fā)了一系列表征方法，并且表面的電特性也成為焦點(diǎn)。

由于標(biāo)準(zhǔn) AFM 探針材料不導(dǎo)電（它們要么是絕緣的，要么是快速形成絕緣表面氧化層），因此 AFM和 AFM 懸臂必須涂有導(dǎo)電材料以允許電流流動(dòng)。

在原子力顯微鏡的短暫歷史中，幾乎所有可用于半導(dǎo)體和 MEMS 制造技術(shù)的金屬或合金都已應(yīng)用于 AFM 探針。提供優(yōu)異導(dǎo)電性的金屬易于加工且相對(duì)便宜。然而，只有少數(shù)材料占主導(dǎo)地位并繼續(xù)用于標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電 AFM 探針：最初用于磁力顯微鏡的鈷鉻被用作導(dǎo)電層以及鉑，一種貴金屬，沒(méi)有形成最終形成的缺點(diǎn)絕緣 - 金屬氧化物。為了增加鉑層的硬度，添加了少量（更硬的）銥。因此，通常，所有鍍鉑 AFM 探頭均由 95% 的鉑和 5% 的銥組成，通常表示為 PtIr。金通常用于提高 AFM 懸臂對(duì)功能化的適用性，將生物材料連接到 AFM。與鉑金一樣，金是一種不會(huì)形成氧化物的貴金屬，但它比鉑金柔軟得多，并且比鉑金更容易從 AFM擦掉。通常，由于 AFM磨損效應(yīng)，所有金屬涂層都不適合在接觸模式 AFM 中使用更長(zhǎng)的時(shí)間。金屬涂層通常應(yīng)用于提升模式 AFM 技術(shù)，如靜電力顯微鏡或開(kāi)爾文探針力顯微鏡。由于 AFM磨損效應(yīng)，所有金屬涂層都不適合在接觸模式 AFM 中長(zhǎng)時(shí)間使用。金屬涂層通常應(yīng)用于提升模式 AFM 技術(shù)，如靜電力顯微鏡或開(kāi)爾文探針力顯微鏡。由于 AFM磨損效應(yīng)，所有金屬涂層都不適合在接觸模式 AFM 中長(zhǎng)時(shí)間使用。金屬涂層通常應(yīng)用于提升模式 AFM 技術(shù)，如靜電力顯微鏡或開(kāi)爾文探針力顯微鏡。

為了克服相對(duì)較軟的金屬涂層的磨損問(wèn)題，正在使用許多其他更耐用的涂層：用 極硬的金剛石涂層涂覆 AFM 探針需要一定的厚度，這導(dǎo)致 AFM半徑通常在 100 nm 范圍內(nèi). 此外，與金屬相比，金剛石的電導(dǎo)率大約小 10 倍。在電導(dǎo)率、硬度和分辨率方面的折衷方案是硅化鉑 AFM 探針。

金剛石涂層

鉆石，堅(jiān)硬的材料，一種極其持久的涂層。

鉑銥涂層

半徑小，導(dǎo)電性好。

鉑硅化物 AFM

半徑小，導(dǎo)電性好，耐磨性能好。

使用導(dǎo)電 AFM 探針的 AFM 應(yīng)用主要分為兩個(gè)領(lǐng)域：首先，AFM 探針與表面接觸并發(fā)生電流的方法。其次，靜電或升降模式技術(shù)。

導(dǎo)電 AFM (c-AFM)在接觸模式下進(jìn)行。基本上，導(dǎo)電涂層的 AFM 探針與樣品表面接觸，并在 AFM 和樣品之間施加偏置電壓。測(cè)得的電流提供有關(guān)掃描區(qū)域的電氣特性的信息。根據(jù)方法，明確定義的力施加到 AFM 。因此，用于這些應(yīng)用的導(dǎo)電涂層必須表現(xiàn)出良好的耐磨性

掃描電容顯微鏡 (SCM)用于繪制半導(dǎo)體樣品中的載流子濃度圖。其原理是形成金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS) 電容器結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電 AFM 充當(dāng)電容器的“金屬"部分。通過(guò)施加疊加的直流和交流電壓，可以分析摻雜原子的類型和數(shù)量。通常，此處使用具有中等剛度的 AFM 懸臂梁，其剛度足以確保穩(wěn)定的接觸，從而保證一致的電容器面積。金剛石或硅化鉑等耐磨涂層可用于任何類型的 AFM 懸臂上的 SCM 應(yīng)用。我們推薦 CDT-CONTR或PtSi-CONT、  CDT-FMR或PtSi-FM、  CDT-NCHR或 PtSi-NCH以及 用于掃描電容顯微鏡的多合一 DD AFM 探針。

導(dǎo)電 AFM (c-AFM)、隧道 AFM (TUNA)、IV 光譜：只需將偏置電壓施加到 AFM 或樣品，就可以觀察到局部電導(dǎo)率或其變化。c-AFM 和 TUNA 的原理是相同的，c-AFM 是更一般的描述，而 TUNA 通常與絕緣層的表征有關(guān)。在 c-AFM 中，通常只能觀察到幾個(gè)數(shù)量級(jí)的電流，而 TUNA 電流的范圍可以從極低的隧穿電流變化到絕緣層的高擊穿電流。此外，絕緣層的表征可以以不同的方式進(jìn)行。通過(guò)施加恒定的偏置電壓或通過(guò)在掃描的固定位置增加電壓。這種技術(shù)稱為 IV 光譜法。同樣，耐磨涂層如 根據(jù)應(yīng)用的不同，在各種 AFM 懸臂梁上摻雜金剛石或 硅化鉑是 c-AFM 和 TUNA 應(yīng)用的選擇。

掃描擴(kuò)散電阻 (SSRM)：獲得半導(dǎo)體摻雜劑和 pn 結(jié)位置信息的第二種方法是 SSRM。在其宏觀版本中，具有定義半徑和間距的 2 根針通過(guò)原生氧化物壓入半導(dǎo)體。施加定義的電壓并測(cè)量電流。通常，表面以非常淺的角度傾斜，因此可以獲得高空間分辨率。在 SSRM 中，由于 AFM 的小半徑，不需要樣品制備（斜切）。對(duì)樣品的橫截面進(jìn)行掃描擴(kuò)散阻力。為了穿透原生氧化物，需要具有非常高的力常數(shù)的 AFM 懸臂。只有金剛石作為導(dǎo)電涂層能夠承受 SSRM 的高強(qiáng)度。通常CDT-NCHR , DDESP或 All-In-One-DD用于 SSRM。

與與樣品接觸執(zhí)行的 c-AFM 應(yīng)用相反，所謂的提升模式技術(shù)是在第一行掃描中記錄形貌的應(yīng)用，并且在樣品上方明確定義的高度回溯期間，記錄樣品上帶有電荷的帶電 AFM 探針。對(duì)于這些應(yīng)用，使用中等硬度的 AFM 懸臂：足夠堅(jiān)硬以確保適當(dāng)?shù)慕涣骰蜉p敲模式形貌成像，并且足夠柔軟以檢測(cè) AFM 和樣品之間的電場(chǎng)變化。由于這些模式的磨損較低，因此此處使用具有高導(dǎo)電材料（如鉑或硅化鉑）的薄涂層。

在靜電力顯微鏡（EFM）中。在掃描的一個(gè)方向期間以 AC 或輕敲模式 AFM 對(duì)形貌進(jìn)行成像后，AFM 被抬起并在表面上方以定義的高度回溯。偏置導(dǎo)電涂層 AFM 探針上的電荷通過(guò)靜電力與樣品上的電荷相互作用。如果電荷分布發(fā)生變化，則電力梯度會(huì)發(fā)生變化，并且 AFM 懸臂會(huì)彎曲，這通過(guò)激光偏轉(zhuǎn)來(lái)檢測(cè)。

開(kāi)爾文探針力顯微鏡（KPFM）。KPFM 的工作原理與 EFM 類似。此外，在提升的掃描軌跡中，AC 電壓被施加到 AFM，從而產(chǎn)生電容力。通過(guò)添加和映射另一個(gè)直流電壓來(lái)補(bǔ)償這種電容力，可以提供有關(guān)所研究材料的功函數(shù)的信息。

對(duì)于所有提升模式技術(shù)、靜電力顯微鏡和開(kāi)爾文探針力顯微鏡，建議在中等硬度軟攻絲或力調(diào)制 AFM 懸臂上涂有低電阻率材料（如鉑或硅化鉑）的 AFM 探針（PtSi-FM、PPP- EFM，EFM，ElectriMulti75-G）。