Hiển vi quét đầu dò thực ra là một loại kính hiển vi ra đời từ sau năm 1981, năm mà Binnig và Rohrer ở IBM Zurich công bố chế tạo được hiển vi quét tunen (STM) thấy được từng nguyên tử trên bề mặt. (Năm 1986 – công trình này được giải Nobel vật lý).
Sau hiển vi tunen, nhiều hiển vi khác ra đời, phổ biến nhất là hiển vi lực nguyên tử (AFM).
Hiển vi tunen, hiển vi lực nguyên tử và nhiều loại hiển vi mới nữa được gọi theo tên chung là hiển vi quét đầu dò. Sáng kiến lớn nhất áp dụng ở đây là độ chính xác kỷ lục: phần trăm nanomet.
Cách quét này do Bining và Rohrer nghĩ ra, lần đầu tiên được dùng ở hiển vi tunen và đã trở thành tiêu biểu cho cách điều khiển các thao tác nano trong công nghệ nano hiện nay.
Bộ quét làm theo nguyên lý như sau: các loại vật liệu áp điện như thạch anh, tinh thể áp điện secnhet, gốm PZT v.v… khi có điện thế tác dụng thì sinh ra áp suất (áp điện) tức là có biến dạng. Một thanh gốm PZT có mạ điện cực ở hai bên khi có hiệu điện thế cỡ 100V có thể biến dạng co vào hay dãn ra đến micromet. Vậy thay đổi điện thế cỡ milivolt có thể làm dịch chuyển cỡ nanomet.
Nguyên lý cấu tạo của bộ quét áp điện
Nếu gắn mũi nhọn làm đầu dò trên bộ quét và đặt mũi nhọn gần bề mặt mẫu thì có thể thông qua điện thế tác dụng ở các điện cực, điều khiển mũi nhọn quét theo các chiều x, y cũng như dịch chuyển mũi nhọn xa hay gần theo chiều z với độ chính xác theo mỗi chiều nhỏ hơn phần trăm nanomet.
Tương tự có thể thực hiện các phép quét, phép dịch chuyển bằng cách cho mũi nhọn cố định và gắn mẫu trên bộ quét.
Ở hiển vi đầu dò, người ta dùng bộ áp điện để quét (cơ học) đầu dò (thường có hình dạng mũi nhọn) trên bề mặt mẫu, đồng thời ở đèn hình cho
tia điện tử quét trên màn hình.
Việc quét đầu dò và quét tia điện tử phải rất đồng bộ, chỉ khác nhau ở chỗ diện tích quét trên mẫu của đầu dò là rất nhỏ (cỡ nanomet) còn diện tích quét trên màn hình của tia điện tử là rất lớn, cỡ bằng diện tích màn hình. Tín hiệu thu được ở đầu dò quét trên mẫu được khuếch đại dẫn đến làm thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình.
Ý nghĩa độ tương phản của ảnh quan sát được trên màn hình phụ thuộc vào đầu dó thu tín hiệu gì của mẫu và cách xử lý tín hiệu.
