Là kính hiển vi ra đời đầu tiên, từ đó mở ra dòng họ kính hiên vi quét đầu dò.
Đầu dò ở đây là mũi kim loại (thường là wonfram) đặt cách bề mặt một khoảng cách d rất nhỏ.
Khi có hiệu điện thế V giữa mũi nhọn và mẫu (mẫu phải là dẫn điện) tuy có khoảng cách d là cách điện (không khí hoặc chân không) khi d rất nhỏ vẫn một dòng điện chạy qua.
Dòng điện tunen (xuyên hầm), dòng điện sinh ra do các hiệu ứng lượng tử.
Dòng điện tunen phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là phụ thuộc rất mạnh vào khoảng cách d, theo hàm mũ.
Nguyên lý hoạt động của hiển vi Tunen
T- mũi nhọn; S- mẫu; Q- bộ quét; K- Khuếch đại
Dòng điện tunen đi từ mũi nhọn qua khoảng cách d (cách điện) chạy vào mẫu.
Dùng bộ quét áp điện để quét mũi nhọn trên bề mặt mẫu và dùng dòng tunen để điều khiển độ sáng tối của tia điện tử quét trên màng hình, chỗ nào mũi nhọn gần mặt mẫu (d nhỏ) dòng tunen lớn, chỗ ứng trên màng hình sẽ sáng và ngược lại. Ảnh hiển vi tunen ở chế độ này cho thấy độ cao thấp, lồi lõm trên bề mặt mẫu.
Thực tế bề mặt chính xác đến từng nguyên tử một người ta tạo ảnh bằng cách đưa dòng tunen về mạch phản hồi để điều khiển mũi nhọn lên xuống sao cho dòng tunen không thay đổi khi quét, tức là d không đổi: biến thiên độ cao z được chuyển thành sáng tối trên màng hình. Ảnh hiển vi tunen ở chế độ này cho biết trục tiếp hơn biến thiên chiều cao trên bề mặt mẫu và có thể chính xác đến mức thấy từng nguyên tử. Thực ra dòng tunen còn phụ thuộc trạng thái điện tử của mẫu ở chỗ mũi dò. Dịch chuyển mũi dò, có thể theo dõi được trạng thái này thay đổi ra sao khi mũi dò ở gần và ở xa nguyên tử trên bề mặt.
Cũng như hiển vi lực nguyên tử, hiển vi là một công cụ rất quan trọng của công nghệ nano. Bên cạnh việc theo dõi bề mặt với độ chính xác đến mức thấy từng nguyên tử, hiển vi tunen còn là công cụ đào lấy hay đắp thêm vào bề mặt vật dẫn những nhóm nhỏ vài chục nguyên tử, thậm chí một một vài nguyên tử.
