原子力顯微鏡系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：(1)帶針尖的力敏感元件;(2)力敏感元件運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置;(3)監(jiān)控力敏感元件運(yùn)動(dòng)的反饋回路;(4)掃描系統(tǒng)(一般使用壓電陶瓷)，其作用是使樣品進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng);(5)圖象采集及顯示;(6)圖象處理系統(tǒng)。其中關(guān)鍵的是前兩部分。 原子力顯微鏡的工作原理將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸。使針尖在樣品的表面上掃描，由于針尖原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力(10-8-10-6N)，原子間作用力的檢測(cè)主要由光杠桿技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果探針和樣品間有力的作用，懸臂將會(huì)彎曲。為檢測(cè)懸臂的微小彎曲量(位移)，采用激光照射懸臂的，四象限探測(cè)器就可檢測(cè)出懸臂的偏轉(zhuǎn)。如果控制這種力在掃描過(guò)程中保持恒定，則微懸臂將在垂直于樣品表面的方向上起伏運(yùn)動(dòng)，利用隧道電流檢測(cè)法或光學(xué)檢測(cè)方法，測(cè)定微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。
根據(jù)原子力顯微鏡所測(cè)力的性質(zhì)的不同，其工作模式及微懸臂運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)方法將有所不同。所謂工作模式，主要是指AFM工作時(shí)微懸臂運(yùn)動(dòng)所處的狀態(tài)，主要可分為兩種。一種為準(zhǔn)靜態(tài)工作模式，此時(shí)針尖與樣品的相互作用力較強(qiáng)，微懸臂有較大形變，可用隧道電流法，電容及激光束偏轉(zhuǎn)探測(cè)法等直接檢測(cè)此形變。處于該模式，針尖與樣品的間距小于0.03nm，基本上是緊密接觸的(故又稱接觸模式)。由于此時(shí)二者電子云發(fā)生重疊，導(dǎo)致儀器的分辨率高，可達(dá)原子級(jí)水平。
