掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）都屬于掃描探針顯微鏡（scanning probe microscopy,SPM)大家庭誕生較早（STM 出生于1982年，是**個掃描探針顯微鏡，AFM出生于1986/87年，兩者都是Binning et al.首創)有兩種代表性。

下圖從三個方面簡要描述了掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的一些特點：

掃描（scanning）：用于成像的探針在樣品表面移動指顯微鏡。通常有以下兩種模式：

constant interaction mode: 保持針尖和樣品表面的相互作用(隧道電流)STM，原子間力之于AFM）值是恒定的，通常與針尖和表面之間的距離有關。當針尖在時xy當軸向移動時，為了保持電流或原子間作用力的值不變，探針(或樣品表面)將在樣品表面波動z調整軸向方向，其運動軌跡可形成反應表面拓撲性質的圖像。constant height mode：保持針尖和樣品表面距離不變（z值不變)，針尖在xy軸方向運動，針尖和樣品表面的相互作用的值會發生變化，其數值經過轉化可以形成圖像反應表面結構。

探針（probe）：常用的探針有兩種

cantilever based probe：用于AFM。不能直接測量原子間作用力，AFM使用的探針是一個附著在彈性懸臂上的小針尖，可以反射激光。隨著針尖的移動，針尖和樣品表面的力使懸臂略有彎曲，導致激光反射路徑的變化，從而獲得樣品的表面形狀。conducting probe：用于STM。因為反饋信號是隧道電流，要求針尖和樣品都要導電，所以STM金屬是常用的探針（Au，W，Pt，Pt-Ir合金等)。而且電流可以直接和準確地檢測，所以一般金屬絲可以滿足需求。

顯微成像（microscopy）：既然叫顯微鏡，更重要的當然是成像，圖像2D 3D都可以，挺酷的。當然，除了成像，SPM也可用于檢測各種譜。AFM檢測力曲線，STM測量隧道電流隨距離的變化。

各種SPM技術的主要區別在于技術feedback signal(反饋信號？)差異。

STM的feedback signal是tunneling current（隧道電流）。這是一種基于量子隧道效應的現象——探針尖的波函數和基底原子之間的波函數在非常接近時相互疊加，可以使電子突破能量屏障，發生電子轉移，從而在針尖和基底之間形成隧道電流。電流尺寸與針尖和基底之間的距離（指數關系）有關。通過保持針尖的相對高度，監測掃描表面時電流尺寸的變化（constant height mode）或保持電流值不變，檢測針尖掃過表面時的軌跡（constant current mode），可以成像。因為測量的是電流，所以STM樣品要導電。原理如下圖所示:

AFM的feedback signal它是針尖與樣品表面原子之間的相互作用力（因此被稱為原子力顯微鏡）。相互作用力有很多種，如靜電、范德瓦爾斯力等n多種，所以AFM不導電的樣品可以觀察到。然而，這種相互作用力不能像電信號那樣直接檢測，因此AFM在針尖上使用激光。當針尖因原子間力（重力和排斥力）而振動時，激光反射會相應變化。根據針尖是否與樣品表面接觸，AFM可以分為contact mode和tapping mode目前還有兩種新的mode被開發出來(在下一組中使用一種新的mode，因為AFM樣品不必具有導電性，因此AFM可用于檢測生物樣品，DNA RNA蛋白質，甚至細胞(實際上，STM也可以檢測生物分子)。但由于技術限制，檢測細胞的分辨率尚未達到分子尺度。