显微分析技术文献综述

1、湖南师范大学研究生课程论文论文题目 表面分析与显微分析 课程名称 仪器分析与表征 姓 名 向伟健 学 号 201302120965 专 业 有机化学 年 级 2013级 学 院 化学化工学院 日期(年月日) 2013.12.10 研究生课程论文评价标准研究生课程论文评价标准指标评价内容评价等级（分值）得分ABCD选题选题是否新颖；是否有意义；是否与本门课程相关。20-1615-1110-65-0论证思路是否清晰；逻辑是否严密；结构是否严谨；研究方法是否得当；论证是否充分。20-1615-1110-65-0文献文献资料是否翔实；是否具有代表性。20-1615-1110-65-0规范文字表达是否准

2、确、流畅；体例是否规范；是否符合学术道德规范。20-1615-1110-65-0能力是否运用了本门课程的有关理论知识；是否体现了科学研究能力。20-1615-1110-65-0 评阅教师签名： 年 月 日 总分：湖南师范大学研究生处制目录显微分析文献综述1前言11.透射电子显微镜11.1透射电子显微镜的发展概述11.2基本原理31.3应用61.4发展趋势7参考文献82.扫描电子显微镜92.1扫描电子显微镜的发展概述92.2基本原理102.3 应用122.4 发展趋势15参考文献153.扫描隧道显微镜163.1扫描隧道显微镜的发展概述163.2基本原理173.3应用193.4发展趋势21参考文献

3、21结论22显微分析文献综述前言随着科学技术的发展进步,人们不断需要从更高的微观层次观察、认识周围的物质世界。细胞、微生物等微米尺度的物体直接用肉眼观察不到,显微镜的发明解决了这个问题。目前,纳米科技成为研究热点,集成电路工艺加工的特征尺度进人深亚微米,所有这些更加微小的物体光学显微镜也观察不到, 显微分析技术的出现解决了这些难题。在材料纳米材料分析当中，最常用到的电子显微分析技术包括了透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道显微镜(STM)等技术，通过这些技术来对物质的显微形貌、成分和结构进行分析，下面就是对这三种显微分析技术的介绍：1.透射电子显微镜1.1透射电子显微镜

4、的发展概述透射电子显微镜（TEM）是使用最为广泛的一类电子显微镜，是一种高精密度的电子光学仪器，具有高分辨率、高放大倍数的特点，能提供极微细材料的组织结构、晶体结构和化学成分等方面的信息，是材料科学研究的一种重要手段。恩斯特阿贝最开始指出，对物体细节的分辨率受到用于成像的光波波长的限制，因此使用光学显微镜仅能对微米级的结构进行放大观察。通过使用由奥古斯特柯勒和莫里茨冯罗尔研制的紫外光显微镜，可以将极限分辨率提升约一倍1。然而，由于常用的玻璃会吸收紫外线，这种方法需要更昂贵的石英光学元件。当时人们认为由于光学波长的限制，无法得到亚微米分辨率的图像2。1858年，尤利乌斯普吕克认识到可以通过使用磁

5、场来使阴极射线弯曲3。这个效应早在1897年就由曾经被费迪南德布劳恩用来制造一种被称为阴极射线示波器的测量设备4，而实际上早在1891年，里克就认识到使用磁场可以使阴极射线聚焦。后来，汉斯布斯在1926年发表了他的工作，证明了制镜者方程在适当的条件下可以用于电子射线5。1928年，柏林科技大学的高电压技术教授阿道夫马蒂亚斯让马克斯克诺尔来领导一个研究小组来改进阴极射线示波器。这个研究小组由几个博士生组成，这些博士生包括恩斯特鲁斯卡和博多冯博里斯。这组研究人员考虑了透镜设计和示波器的列排列，试图通过这种方式来找到更好的示波器设计方案，同时研制可以用于产生低放大倍数（接近1:1）的电子光学原件。1

6、931年，这个研究组成功的产生了在阳极光圈上放置的网格的电子放大图像。这个设备使用了两个磁透镜来达到更高的放大倍数，因此被称为第一台电子显微镜。在同一年，西门子公司的研究室主任莱因霍尔德卢登堡提出了电子显微镜的静电透镜的专利61.2基本原理透射电子显微镜( TEM) 的特点在于我们是利用透过样品的电子束来成像，这一点有别于扫描电子显微镜由于电子波的波长大大小于可见光的波长(100kV的电子波的波长为0. 0037nm ，而紫光的波长为400nm) ，根据光学理论，我们可以预期电子显微镜的分辨本领应大大优于光学显微镜。事实上，现代电子显微镜的分辨本领已经可达0. 1nm。图1是现代TEM的结构示

7、意图和成像及衍射工作模式的光路图。图1 TEM示意图 灯丝；栅极；阳极；枪倾斜；枪平移；一级聚光镜；二级聚光镜；聚光镜光栏；光倾斜；光平移；试样台；物镜；物镜光栏；选区光栏；中间镜；投影镜；荧光屏可以看出TEM的镜筒(Column)主要有三部分所构成: (1)光源，即电子枪; (2)透镜组，主要包括聚光镜、物镜、中间镜和投影镜; (3)观察室及照相机(相机在观察室之下，图中未画出) 。电子枪的作用在于产生足够的电子，形成一定亮度以上的束斑，从而满足观察的需要。透射电子显微镜的电子枪主要有三种类型。a)钨丝枪; b)六硼化镧(LaB6) 枪; c)场发射枪。钨丝就是我们日常生活中使用的白炽灯的发

8、光灯丝，价格极为低廉。但是钨丝的寿命极短，连续使用时只有数十小时。而且钨灯丝发出的电子束的单色性很差，亮度也很低。因此，近一、二十年来的TEM 中已经基本不再使用钨丝了。LaB6灯丝(这里使用了“灯丝”一词，但物理上TEM 中的LaB6并不是“丝”，请大家注意) 的寿命大大长于钨丝，可达半年以上，甚至可以使用数年。LaB6灯丝的单色性和亮度也都大大地优于钨丝，是现在TEM 中最为常用的灯丝。近几年来，场发射枪TEM 有了逐步普及的趋势。场发射枪的灯丝寿命更可长达一至两年之久，其单色性及亮度均非钨丝或LaB6灯丝所可比拟，因此是一种极好的电子光源。但是，场发射枪TEM 的价格昂贵，成为普及的主要

9、障碍。透镜组的作用在于将电子束会聚到样品上，然后将从样品上透射出来的电子束进行多次放大、成像。透镜组的作用完全与光学显微镜中的透镜一样。现代TEM 基本上都是使用磁透镜，这样，只要适当调整磁场强度，就可以得到不同的工作模式。现在TEM 最常见的工作模式有两种，即成像模式和衍射模式(如图中所示) 。在成像模式下，我们可以得到样品的形貌、结构等信息，而在衍射模式下，我们可以对样品进行物相分析。目前新一代TEM还都备有一些新的工作模式,如会聚束电子衍射模式和微区电子衍射模式。通过TEM 中的荧光屏，我们可以直接几乎瞬时观察到样品的图像或衍射花样。我们可以一边观察，一边改变样品的位置及方向，从而找到我

10、们感兴趣的区域和方向。在得到所需图像后，可以利用相机照相的方法把图像记录下来。现在新一代TEM也有的装备了数字记录系统，可以将图像直接记录到计算机中去，这样可以大大提高工作效率。1.3应用对于材料科学的研究而言，TEM 已经成为了一种不可或缺的研究工具，以至于在今天，已经很难想象没有TEM 的帮助，我们如何深入开展材料科学的研究工作。由于篇幅的原因，下面我们只简单地列举TEM在材料科学研究中的6 种常见用途。(a) 利用质厚衬度(又称吸收衬度) 像，对样品进行一般形貌观察；(b) 利用电子衍射、微区电子衍射、会聚束电子衍射物等技术对样品进行物相分析，从而确定材料的物相、晶系，甚至空间群;(c)

11、 利用高分辨电子显微术可以直接“看”到晶体中原子或原子团在特定方向上的结构投影这一特点，确定晶体结构;(d) 利用衍衬像和高分辨电子微显像技术，观察晶体中存在的结构缺陷，确定缺陷的种类、估算缺陷密度;(e) 利用TEM 所附加的能量色散X 射线谱仪或电子能量损失谱仪对样品的微区化学成分进行分析;(f) 利用带有扫描附件和能量色散X 射线谱仪的TEM ，或者利用带有图像过滤器的TEM ，对样品中的元素分布进行分析，确定样品中是否有成分偏析。1.4发展趋势今后TEM 的发展趋势有三个方面:第一， TEM 本体硬件的进一步发展。从TEM的发展历史来看，随着技术的进步，各种新技术被应用于TEM 的制作

12、工艺中，从而导致TEM 硬件性能的不断改善。20 世纪30 年代末期发明的第一代TEM 的分辨率只有3nm ，到了50 年代达到优于1nm ，而在90 年代一些特制的TEM 更达到了0. 1nm。我们有理由相信在制作TEM 硬件方面的进步将持续下去。这种进步将表现为新一代TEM 的性能越来越好，使用越来越方便，对于操作人员的要求越来越简单。第二， TEM 所属附件的进一步发展。早期TEM 作为一种高分辨率、高倍率的显微镜，只是光学显微镜的一个技术延伸。但随着电子显微学理论和实践的不断发展、积累，人们发现、开发了TEM的许多新功能，使TEM 成为了一种综合性分析仪器。直到最近，一些新的TEM 附

13、件还在不断地被发明出来。比如，图像过滤器就是近十年来开发出来的新附件。在未来的年代里，我们依然有理由期待一些更新、更好、更易操作的附件被发明出来，从而为TEM 增加新功能，或进一步提高TEM 的现有功能和分析测试精度。第三， 随着现在计算机科学的迅速进步，作为现代科学技术分析器的TEM 也越来越依赖于计算机的使用。事实上，TEM 硬件的进步是与计算机控制系统的不断进步无法断然分开的。但是，即使今天我们对于TEM 的实验结果也还需要使用大量的人力进行分析。在这一方面我们完全有理由相信随着新的电子显微学理论的进展以及新的计算机软件开发的成功，未来对于TEM 的实验结果分析的自动化程度将进一步提高，

14、从而大大提高人们从事TEM 的工作效率。参考文献1.Ultraviolet microscope. (2010). In Encyclopdia Britannica. Retrieved November 20, 2010, from Encyclopdia Britannica Online2. 2.0 2.1 Ernst Ruska, translation my T Mulvey. The Early Development of Electron Lenses and Electron Microscopy. ISBN 3-7776-0364-3. 3. Plcker, J. ber

15、 die Einwirkung des Magneten auf die elektrischen Entladungen in verdnnten Gasen. Poggendorffs Annalen der Physik und Chemie. 1858, 103: 88106. Bibcode:1858AnP.179.88P. doi:10.1002/andp 4. Ferdinand Braun, The Nobel Prize in Physics 1909, Biography. 5. The Nobel Prize in Physics 1986, P

16、erspectives - Life through a Lens. 6. Configuration for the enlarged imaging of objects by electron beams. May 30, 1931.2.扫描电子显微镜2.1扫描电子显微镜的发展概述扫描电子显微镜 (SEM) 是近几十年来发展比较迅速的一种先进的电子光学仪器,目前最先进的场发射扫描电子显微镜分辨率为1 纳米,放大倍数可从低倍至几十万倍。尤其是低真空扫描电子显微镜的问世,使人们直接观察非导电性、易脱气及一定含水、含油的样品成为可能。扫描电子显微镜具有高分辨率，有利于观察物体的表面结构、微观相

17、分离、相容性等，已经成为现代研究分析的一个重要工具，在科研、工业产品开发、质量管理及生产在线检查方面发挥着重要的作用。扫描电子显微镜的设计思想，早在1935年便已被提出来了，1942年，英国首先制成实验室用的扫描电镜，主要应用于大样品的形貌分析，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。随着电子工业技术水平的不断发展，到1965年开始生产商品扫描电镜，近数十年来，SEM各项性能不断提高，如分辨率由初期的50nm发展到现在约0.5nm，功能除样品的形貌分析之外，现在可获得特征X-射线，背散射电子和样品电流等信息。相对于其它类型显微镜，SEM在若干基本性能如分辨率、景深等方面有巨大优

18、越性，因而迅速成为一种不可或缺的工具而广泛应用于科学研究和工程实践中。随着科学的发展，技术的进步，其性能稳步提高，使用范围在不断扩大1-2。2.2基本原理扫描电子显微镜的工作原理3 与电视相似,由电子枪发射的电子束最高可达30keV，经会聚透镜、物镜缩小和聚焦，在样品表面形成一个具有一定能量、强度、斑点直径的电子束。在扫描线圈的磁场作用下，入射电子束在样品表面上按照一定的空间和时间顺序做光栅式逐点扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用，将从样品中激发出二次电子。由于二次电子收集电极的作用，可将各个方向发射的二级电子汇集起来， 再将加速电极加速射到闪烁体上，转变成光信号，经过光导管到达光电倍增管

19、，使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大并将其输送至显像管的栅极，调制显像管的亮度。因而，再荧光屏上呈现一幅明暗程度不同的、反映样品表面形貌的二次电子像。在扫描电镜中，入射电子束在样品上的扫描和显像管中电子束在荧光屏上的扫描是用一个共同的扫描发生器控制的。这样就保证了入射电子束的扫描和显像管中电子束的扫描完全同步，保证了样品上的“物点”与荧光屏上的“象点”在时间和空间上一一对应，称其为“同步扫描”。一般扫描图像是由近100 万个与物点一一对应的图像单元构成的，正因为如此，才使得扫描电镜除能显示一般的形貌外，还能将样品局部范围内的化学元素、光、电、磁等性质的差异以二维图像形式显示。

20、工作原理如下图所示：图1 扫描电子显微镜的工作原理对扫描电子显微镜成像有影响的信号主要有二次电子、背散射电子和 X 射线谱线等, 其中二次电子是样品和初始电子束相互作用而激发出来的样品原子所含电子, 它们能量很低, 只能从样品表面很浅的区域逸出, 是扫描电子显微镜检测出的主要信号,图像被称为二次电子图像, 具有立体感, 成像分辨率最好, 准确反映样品表面的形貌特征; 背散射电子是与样品原子核发生弹性碰撞而被散射出样品的电子束。这部分电子能量很高, 其成像分辨率不高;X 射线谱线是当入射电子流轰击样品表面时, 如果能量足够高, 样品的部分原子的内层电子会被轰出, 使原子处于能级较高的激发态, 样

21、品原子各能级间出现电子跃迁而产生的, 其成像分辨率最差。表1 给出扫描电子显微镜的主要信号及其功能, 可以看出不同信号类别及其对应扫描电子显微镜的不同功能。表1 扫描电子显微镜（SEM）的主要信号及其功能收集信号类别功能二次电子形貌观察背散射电子成分分析、晶体学研究特征x 射线成分分析俄歇电子成分分析2.3 应用扫描电子显微镜是一种多功能的仪器, 具有很多优越的性能,是用途最为广泛的一种仪器, 它可以进行如下基本分析:( 1) 三维形貌的观察和分析;( 2) 在观察形貌的同时, 进行微区的成分分析。 观察纳米材料。所谓纳米材料是指所组成材料的颗粒或微晶尺寸在0. 1100 nm 范围内, 在保

22、持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。纳米材料具有许多与晶态、非晶态不同的、独特的物理化学性质。纳米材料有着广阔的发展前景, 将成为未来材料研究的重点方向。扫描电子显微镜的一个重要特点就是具有很高的分辨率, 现已广泛用于观察纳米材料。 进行材料断口的分析。扫描电子显微镜的另一个重要特点是景深大, 图像富立体感。扫描电子显微镜的焦深比透射电子显微镜大10倍, 比光学显微镜大几百倍。由于图像景深大, 故所得扫描电子像富有立体感, 具有三维形态, 能够提供比其他显微镜多得多的信息, 这个特点对使用者很有价值。扫描电子显微镜所显示的断口形貌从深层次、高景深的角度呈现材料断裂的本质, 在教学、科研

23、和生产中, 有不可替代的作用, 在材料断裂原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。 直接观察大试样的原始表面。它能够直接观察直径100 mm, 高50 mm, 或更大尺寸的试样, 对试样的形状没有任何限制, 粗糙表面也能观察, 这便免除了制备样品的麻烦, 而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度( 背反射电子像) 。 观察厚试样。其在观察厚试样时, 能得到高的分辨率和最真实的形貌。扫描电子显微的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间。但在对厚块试样的观察进行比较时, 因为在透射电子显微镜中还要采用复膜方法, 而复膜的分辨率通常只能达到10 nm , 且观察的不

24、是试样本身, 因此, 用扫描电子显微镜观察厚块试样更有利, 更能得到真实的试样表面资料。 观察试样的各个区域的细节。试样在样品室中可动的范围非常大。其他方式显微镜的工作距离通常只有23cm , 故实际上只许可试样在两度空间内运动。但在扫描电子显微镜中则不同, 由于工作距离大( 可大于20 mm) , 焦深大( 比透射电子显微镜大10倍) , 样品室的空间也大, 因此, 可以让试样在三度空间内有6个自由度运动( 即三度空间平移,三度空间旋转) , 且可动范围大, 这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来极大的方便。 在大视场、低放大倍数下观察样品。用扫描电子显微镜观察试样的视场大。在扫描电子显微

25、镜中, 能同时观察试样的视场范围F 由下式来确定: F= L / M式中 F 视场范围;M 观察时的放大倍数;L 显像管的荧光屏尺寸。若扫描电镜采用30 cm( 12英寸) 的显像管, 放大倍数15倍时, 其视场范围可达20 mm。低倍数、大视场来观察样品的形貌对有些领域是很必要的, 如刑事侦察和考古。 进行从高倍到低倍的连续观察。放大倍数的可变范围很宽, 且不用经常对焦。扫描电子显微镜的放大倍数范围很宽( 从5到20万倍连续可调) , 且一次聚焦好后即可从高倍到低倍, 从低倍到高倍连续观察, 不用重新聚焦, 这对进行事故分析特别方便。 观察生物试样。因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。

26、同其他方式的电子显微镜比较, 因为观察时所用的电子探针电流小( 一般约为10-1010-12A) 电子探针的束斑尺寸小( 通常是5 nm 到几十纳米) , 电子探针的能量也比较小( 加速电压可以小到2 kV) , 而且不是固定一点照射试样, 而是以光栅状扫描方式照射试样, 因此, 由于电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小, 这一点对观察一些生物试样特别重要。 进行动态观察。在扫描电子显微镜中, 成像的信息主要是电子信息。根据近代的电子工业技术水平, 即使高速变化的电子信息, 也能毫不困难的及时接收、处理和储存, 故可进行一些动态过程的观察。如果在样品室内装有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀等

27、附件, 则可以通过电视装置, 观察相变、断裂等动态的变化过程。 从试样表面形貌获得多方面资料。在扫描电子显微镜中, 不仅可以利用入射电子和试样相互作用产生各种信息来成像, 而且可以通过信号处理方法, 获得多种图像的特殊显示方法, 还可以从试样的表面形貌获得多方面资料。因为扫描电子像不是同时记录的, 它是分解为近百万个逐次依此记录构成的, 因而使得扫描电子显微镜除了观察表面形貌外, 还能进行成分和元素的分析, 以及通过电子通道花样进行结晶学分析, 选区尺寸可以从10m 到2m。2.4 发展趋势由于扫描电子显微镜具有上述特点和功能,现在扫描电子显微镜已广泛用于材料科学( 金属材料、非金属材料、纳米

28、材料) 、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、病虫害的防治、灾害( 火灾、失效分析) 鉴定、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等。随着科技研究的日益深入以及扫描电子显微镜技术的不断完善和进步，将会越来越受到科研人员的重视, 在越来越多的领域受到欢迎。参考文献1 陆家和，等.表面分析技术M.北京:电子工业出版社，1987:21212 陈长琦，干蜀毅，朱武，等.扫描电子显微镜成像信号分析J，真空，2001.12(6):42-443 干蜀毅, 陈长寿, 朱武, 等. 环境扫描电子显微镜工作原理及实现 J . 真空电子技术研究与设计, 2003, ( 6) : 29

29、 - 32 3.扫描隧道显微镜3.1扫描隧道显微镜的发展概述扫描隧道显微镜（STM）亦称为“扫描穿隧式显微镜”、“隧道扫描显微镜”，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。在探索微观世界的过程中，人类就通过不懈努力希望观测到物质的微观世界17 世纪，世界上第一台光学显微镜发明成功，并且利用这台显微镜，人类首次观察到了细胞的结构，从而开始了人类使用仪器研究微观世界的新时代1。但是，由于受光波波长的限制，光学显微镜的分辨率只能达到10- 6米10- 7 米。20 世纪初，利用电子透镜使电子束聚焦的原理，成功的发明了电子显微镜，它的分辨本领达到了10- 8 米。有了电子显微镜，比细胞小

30、的多的病毒也露出了原形，增强了人们观察微观世界的能力。1982年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛宾尼（G Binnig）博士和海罗雷尔（Heinrich Rohrer）博士及其同事们共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope,以下简称STM）。它的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的应用前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一，为表彰STM的发明者们对科学研究的杰出贡献，1986年

31、宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖2。3.2基本原理STM的工作原理相对来说不很复杂，根据量子理论中的隧道效应，电子有几率穿过势垒，而形成隧道电流。扫描隧道显微镜（STM）就是利用这一原理制成的。将被研究的物质（必须是导体）表面和探针作为两个电极，当样品与针尖的距离介于 1nm 左右时，在外加电压的作用下，电子会穿过这个因为距离形成的势垒而向另一端运动，形成隧道电流 I ，这个电流满足如下关系：I=KVexp(-l12S)其中，k、l 是常数；V 是施加在探针和样品之间的电压；是探针和样品的平均功函数，它和探针、样品的材料功函数有关，1+2；S 是探针和样品间的距离。 通过对上式的分析可以发现，

32、对于确定的探针和样品，它们的平均功函数是一个定值，那么隧道电流 I 是电压 V 和距离 S 的一个函数。探针和样品表面的距离 S 对隧道电流的影响是很明显的；因为它是一个指数函数，即使是距离S 的一个微小变化，电流却将变化一个甚至几个数量级。因此，保持电压 V 的恒定；利用压电陶瓷材料，控制针尖在样品表面 X- Y 方向的扫描；通过步进电机，控制探针和样品表面间的距离 S（1nm 左右），使探针位于样品表面某一个高度上；通过微机记录不同时刻的电流，并且按照电流的强弱，用不同的颜色加以区分（大电流用浅色表示，小电流用深色表示）。如图 1 所示，给压电陶瓷施加一个偏向电压，压电陶瓷将带动探针在样品

33、表面沿 X 方向（或 Y方向）做微小定向移动。当移动的探针遇到原子时，探针和样品间的距离 S 减小，电流 I 明显增加；当移动的探针位于相邻原子的间隙时，探针和样品间的距离 S 增加，电流 I 明显减小。最后，随着探针在样品表面的逐行的扫描，微机会将探针在不同位置时的电流记录下来，并用不同的颜色加以区分。这样，我们就得到了一张反映样品表面的不同位置，不同颜色的图像。而这个图像恰恰反映了样品表面的微观结构。如图 2 所示，通过这个图像，我们可以得到样品表面原子状态的有关信息。 图1 扫描隧道显微镜原理示意图图2 石墨样品表面微观结构3.3应用对于光学显微镜而言，光的衍射现象，导致小于光的波长的一半的细节在显微镜下很难分辨。而利用量子力学中隧道效应制成的扫描隧道显微镜(STM)却具有更强的分辨能力，扫描隧道显微镜的原理使它在观测物质表面微观结构方面成为非常有效的工具。 扫描隧道显微镜的优点是很显见的：（1） 扫描隧道显微镜的分辨本领高，可以达到10- 10 米；（2） 扫描隧道显微镜可以对物质微观结构进行无损探测，避免样品受到破坏或者样品性状发生变化；（3） 可以利用扫描隧道显微镜实现单原子的移动和提取操纵。通过扫描隧道显微镜，我们可以直观地看到样品表面的微观结构，进而分析样品表面的化学和物理性质。例如：利用扫描隧道显微镜，生物学家们研究单个的蛋白质分子或 DN