STM只能在導電材料的樣品表面上分辨出單個的原子并得到原子結(jié)構(gòu)的三維圖像。對于非導電材料，STM將無能為力，應用受到了限制。為了彌補STM的不足，分辨絕緣表面上的單個原子，1986年，Binnig，Quate和Gerber發(fā)明了原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopy，AFM）^[1]。AFM是一種類似于STM的顯微技術(shù)，它的許多元件與STM是共同的，如用于三維掃描的壓電陶瓷系統(tǒng)以及反饋控制器等。它與STM主要不同點是用一個對微弱力極其敏感的易彎曲的微懸臂針尖（Cantilever）代替了STM的隧道針尖，并以探測懸臂的微小偏轉(zhuǎn)代替了STM中的探測微小隧道電流。正是因為AFM工作時不需要探測隧道電流，所以它可以用于分辨包括絕緣體在內(nèi)的各種材料表面上的單個原子，其應用范圍無疑比STM更廣闊。但從分辨率來看，AFM要比STM略微低些。

    AFM的工作原理如圖3-1所示。對微弱力極其敏感的微懸臂一端則有一微小的針尖。AFM在圖像掃描時，針尖與樣品表面輕輕接觸，而針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力（10^-8~10^-6N（牛頓）），會使得懸臂產(chǎn)生的微小偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)被檢測出并用作反饋來保持力的恒定，就可以獲得微懸臂對應于掃描各點的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的圖像。各種形式的AFM的區(qū)別主要在微懸臂偏轉(zhuǎn)的檢測方式上，通常有隧道電流檢測法，光學檢測法和電容測量法。