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最新纳米技术复习资料
1.纳米技术内容
纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：
纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。
纳米技术（nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。
纳米科学与技术主要包括：
纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。
这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。
纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。
其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：
第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。
根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。
这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。
也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。
这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。
现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。
此外，还有发热和晃动等问题。
为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。
第三种概念是从生物的角度出发而提出的。
本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。
DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容。
2.纳米技术的发展史
1993年，第一届国际纳米技术大会（INTC）在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：
纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。
由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。
纳米技术一般指纳米级（0.1一100nm）的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。
纳米技术主要包括：
纳米级测量技术：
纳米级表层物理力学性能的检测技术：
纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。
灵感来源
纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。
这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。
从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。
费曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？
他说：
“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。
”
关键突破
1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。
他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。
这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。
不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。
使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。
目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。
著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。
技术编年史
70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工；
1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用；
1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生；
1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等；
1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地；
1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机；
1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录；
到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元；
近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。
日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。
中国也将纳米科技列为中国的“973计划”，其间涌出了像“安然纳米”等一系列以纳米科技为代表的高科技企业。
我国的纳米先锋
1993年，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿；
1996年底，舟山普陀升兴公司与中科院固体物理研究所合作，成功开发了纳米家庭的重要一员--纳米SiO2，使我国成为继美、英、日、法国后，国际上第五个能批量生产此产品的国家；
1997年9月北京大学成立了纳米科技研究中心，目前该中心已取得多项高水平的研究成果，有些方面已达到国际先进水平。
其中，由该中心与北京真空物理开放实验室合作完成的利用STM在有机复合薄膜上进行的超高密度信息存储研究，得到了1.3nm的信息点，比国际最小存储点径小了近一个量级，该成果被两院院士评为1997年中国十大科技进展的第4名。
1991年，科学家发现了一种典型的人造纳米材料--碳纳米管，但它的结构具有多层壁、单壁等多种形态。
北京大学化学院顾镇南教授领导的研究组用简单的电弧法大量合成了单壁纳米管，经纯化含量大于90％，并按要求化学剪切和修饰成长度为15至20纳米，直径约1.4纳米的短管。
电子学系薛增泉教授领导的研究组采用真空加工技术，使单壁碳纳米短管组装牢固竖立在黄金薄膜表面上，并用单壁碳纳米管做出了世界上最细的、性能最好的扫描探针，获得了精美的热解石墨的原子形貌像；用扫描隧道显微探针测得了单壁短管的导电特性和大气中室温下的量子台阶和动态负阻特性的I-V曲线；利用单壁短管作为场电子显微镜（FEM）的电子发射源，拍摄到过去认为不可能看到的原子像。
1997年12月，青岛化工学院纳米材料研究所崔作林、张志琨教授主持发明的“高熔点纳米金属催化剂的制备方法”荣获国家技术发明奖二等奖，这是迄今我国纳米科技领域获得的最高等级的国家级奖励；
1998年，清华大学范守善小组成功地制备出直径为3－50纳米、长度达微米量级的氮化镓半导体一维纳米棒，使我国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体；
1998年，美国《科学》杂志上刊登了我国科学家的论文。
我国科学家用非水热合成法，制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金--从四氯化碳制成金刚石；”
1999年，中国科学院物理研究所解思深研究员率领的科研小组，不仅合成了世界上最长的“超级纤维”碳纳米管，创造了一项“3毫米的世界之最”，而且合成出世界上最细的碳纳米管；
1999年上半年，北京大学纳米技术研究取得重大突破，电子学系教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。
1999年，中科院金属研究所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平。
1999年12月，中国科技促进经济投资公司与安康地区薯蓣产业开发有限公司、旬阳县农业开发有限公司联合兴办的陕西中科（旬阳）精细化工有限责任公司的年产3000吨纳米级超细活性氧化锌生产线在陕西旬阳县建成投产。
中科院在江苏顺利进行了300吨中试之后，又移师旬阳，用中科院化工冶金研究所的“八五”成果NPP法新技术、新工艺，建成首期年产3000吨纳米级超细活性氧化锌和副产品4500吨硫酸铵锌的工厂，产品性能、指标达到国外同类先进产品的水平，不仅能生产球型氧化锌，还可制备针状纳米级氧化锌，价格也较外国产品低廉。
中科院利用高新技术开发西部资源的这一创新项目，使我国纳米材料的研发水平跻身世界先进行列。
2000年1月，华东理工大学技术化学物理研究所在引进的俄罗斯15KW微波等离子体纳米颗粒制备装置上成功地开发了纳米颗粒制备核心技术通过了上海市科委主持的鉴定。
微波等离子体化学气相合成是制备纳米粒子的一类重要的方法，俄罗斯在微波等离子体化学气相合成研究方面处于国际领先地位，他们率先建立了国际上功率最高的微波等离子体化学气相合成装备。
为了缩短我国与国外的差距，上海市科委和上海市新兴技术和新兴工业办公室联合立项，由华东理工大学技物所承担该套装置的引进任务。
经过3年的艰苦努力，华东理工大学的专家们成功地完成了装置的引进，并消化掌握了该套设备及纳米颗粒制备核心技术，开发了快速冷凝控制粒子生长和凝并技术，制取了包括Mo、TiN、TiO2和ZrO2在内的多种金属、氮化物和氧化物纳米粒子，并提出纳米颗粒的形态控制方法。
通过两年来的正常运行表明，该装置功率大，可适应多种等离子气氛，可用气、液、固形态进料，特别适合于制备纳米金属及非氧化物颗粒。
3.纳米材料
纳米材料：
当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。
这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。
如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。
第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：
一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。
磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。
80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。
因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
纳米级结构材料简称为纳米材料（nanometermaterial），是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子（nanoparticle）组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的
光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。
其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。
纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。
纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。
这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。
就熔点来说，纳米粉末中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。
一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体，当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时，即形成单磁区之磁性物质。
因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时，将成为优异的磁性材料。
纳米粒子的粒径（10纳米～100纳米）小于光波的长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。
金属在适当的蒸发沉积条件下，可得到易吸收光的黑色金属超微粒子，称为金属黑，这与金属在真空镀膜形成高反射率光泽面成强烈对比。
纳米材料因其光吸收率大的特色，可应用于红外线感测器材料。
纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。
我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。
纳米材料的发现和发展
1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。
真正有意识的研究纳米粒子可追溯到20世纪30年代的日本的为了军事需要而开展的“沉烟试验”，但受到当时试验水平和条件限制，虽用真空蒸发法制成了世界第一批超微铅粉，但光吸收性能很不稳定。
到了20世纪60年代人们开始对分立的纳米粒子进行研究。
1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制的了金属纳米微粒，并对其进行了电镜和电子衍射研究。
1984年德国萨尔兰大学（SaarlandUniversity）的Gleiter以及美国阿贡实验室的Siegal相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。
Gleiter在高真空的条件下将粒子直径为6nm的铁粒子原位加压成形，烧结得到了纳米微晶体块，从而使得纳米材料的研究进入了一个新阶段。
1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（InternationalConferenceonNanoscience&Technology），正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。
自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段：
第一阶段（1990年以前）：
主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。
第二阶段（1990~1994年）：
人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。
第三阶段（1994年至今）：
纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。
国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。
它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
纳米材料的四大效应
纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级（１０～ｍ）的超细材料，它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为１～１０ ｎｍ．它包括体积分数近似相等的两个部分．一是直径为几个或几十个纳米的粒子．二是粒子间的界面．前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构
纳米材料由于其独特的尺寸结构，使得纳米 材料有着传统材料不具备的特征．即四大效应，
1．１表面效应
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变化而急剧增大后引起的性质上的变化．球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比．随着颗粒直径变小．比表面积将会显著地增加，说明表面原子所占的原子数将会显著地增加．通常，对直径大于１００ｎｍ的颗粒表面效应可忽略不计．当尺寸小于１０nm时．其表面原子数急剧 增长，甚至１克纳米颗粒的表面积的总和可高达１００ｍ２．这时的表面效应将不容忽略．纳米颗粒的表面与大块物体的表面，若用高倍率电子显微镜对金属纳米颗粒（直径为２ｎｍ）进行电视摄像，实时观察，发现这些颗粒没有固定的形态．随着时间的变化会自动形成多种形状（如立方八面体、十面体、二十面体多孪晶等，它既不同于一般固体，又不同予液体．是一种准固体。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些原子易与其他原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性，例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子在空气中 会引吸气体，并与气体进行反应
1．２小尺寸效应
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应，当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长，以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等特性呈现新的小尺寸效应．对纳米颗粒而 言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生一系列新奇的性质．一是光学性质，金属纳米颗粒对光的反射率很低．通常低于１％，大约几微米的厚度就能完全消光．所以．所有的金属在纳米颗粒状态下都呈现黑色；二是热学性质，固态物质在其形态为大尺寸时．其熔点是固定的，纳米颗粒的熔点却会显著降低．例如，金的常规熔点是1064℃，10nm颗粒熔点降低了27℃，２nm的熔点仅为327℃；三是磁学性质，小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料显著不同，大块的纯 铁矫顽力约为踟Ａ／ｍ，而直径小于20nm时，其矫顽力可以增加1000倍．当直径小于6nm时．其矫顽力反而降低为零，呈显出超顺磁性．可广泛地应用于电声器件、阻尼器件等．利用等离子共振频率随颗粒尺寸变化的性质．可以改变颗粒尺 寸来控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微渡吸收纳米材料．它们可用于电磁渡屏蔽和隐形飞机等
1．３量子尺寸效应
大块材料的能带可以看作是准连续的，而介于原子和大块材料之间的纳米材料的能带将分裂为分立的能级．能级闻的间距随颗粒尺寸减小而增大．当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈显出一系列与宏观物体截然不同的反常特性，这种现象称为量子尺寸效应．例如导电的金属在纳米颗粒时可以变成绝缘体，磁距的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化
1．４宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效 应．宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要意义．它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限．量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件的基础，它确立了现存微电子器件进～步微型化的极限．当微电子器件进一步细微化时．必须要考虑上述的量子效应
4纳米材料的检测
扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜scanningtunnelingmicroscope缩写为STM。
它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。
此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。
1.工作原理
扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。
根据量子力学原理，由于电子的隧道效应，金属中的电子并不完全局限于金属表面之内，电子云密度并不是在表面边界处突变为零。
在金属表面以外，电子云密度呈指数衰减，衰减长度约为1nm。
用一个极细的、只有原子线度的金属针尖作为探针，将它与被研究物质（称为样品）的表面作为两个电极，当样品表面与针尖非常靠近（距离＜1nm）时，两者的电子云略有重叠，如图1所示。
若在两极间加上电压U，在电场作用下，电子就会穿过两个电极之间的势垒，通过电子云的狭窄通道流动，从一极流向另一极，形成隧道电流I。
隧道电流I的大小与针尖和样品间的距离s以及样品表面平均势垒的高度有关，其关系为，式中A为常量。
如果s以nm为单位，以eV为单位，则在真空条件下，A≈1，。
由此可见，隧道电流I对针尖与样品表面之间的距离s极为敏感，如果s减小0.1nm，隧道电流就会增加一个数量级。
当针尖在样品表面上方扫描时，即使其表面只有原子尺度的起伏，也将通过其隧道电流显示出来。
借助于电子仪器和计算机，在屏幕上即显示出样品的表面形貌。
2.工作方式
恒电流模式
利用一套电子反馈线路控制隧道电流I，使其保持恒定。
再通过计算机系统控制针尖在样品表面扫描，即是使针尖沿x、y两个方向作二维运动。
由于要控制隧道电流I不变，针尖与样品表面之间的局域高度也会保持不变，因而针尖就会随着样品表面的高低起伏而作相同的起伏运动，高度的信息也就由此反映出来。
这就是说，STM得到了样品表面的三维立体信息。
这种工作方式获取图象信息全面，显微图象质量高，应用广泛。
恒高度模式
对样品进行扫描过程中保持针尖的绝对高度不变；于是针尖与样品表面的局域距离将发生变化，隧道电流I的大小也随着发生变化；通过计算机记录隧道电流的变化，并转换成图像信号显示出来，即得到了STM显微图像。
这种工作方式仅适用于样品表面较平坦、且组成成分单一（如由同一种原子组成）的情形。
从STM的工作原理可以看到：
STM工作的特点是利用针尖扫描样品表面，通过隧道电流获取显微图像，而不需要光源和透镜。
这正是得名“扫描隧道显微镜”的原因
原子力显微镜
它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成。
微悬臂运动可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获
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