Un microscop cu sondă de scanare este oricare dintre mai multe microscoape care produc imagini de suprafață tridimensionale cu detalii foarte mari, inclusiv la scară atomică. În funcție de tehnica de microscopie utilizată, unele dintre aceste microscoape pot măsura și proprietățile fizice ale unui material, inclusiv curentul electric, conductibilitatea și câmpurile magnetice. Primul microscop cu sondă de scanare, numit microscop tunel de scanare (STM), a fost inventat la începutul anilor 1980. Inventatorii STM-ului au câștigat premiul Nobel pentru fizică câțiva ani mai târziu. De atunci, au fost inventate alte câteva tehnici, bazate pe aceleași principii de bază.
Toate tehnicile de microscopie cu sonde de scanare implică o scanare mică, cu vârf ascuțit a suprafeței materialului, deoarece datele sunt achiziționate digital din scanare. Vârful sondei de scanare trebuie să fie mai mic decât caracteristicile de pe suprafața scanată, pentru a produce o imagine precisă. Aceste sfaturi trebuie înlocuite la fiecare câteva zile. Ele sunt de obicei montate pe console, iar în multe tehnici SPM, mișcarea cantileverului este măsurată pentru a determina înălțimea suprafeței.
În microscopia tunel de scanare, se aplică un curent electric între vârful de scanare și suprafața care este fotografiată. Acest curent este menținut constant prin reglarea înălțimii vârfului, generând astfel o imagine topografică a suprafeței. Alternativ, înălțimea vârfului poate fi menținută constantă în timp ce curentul în schimbare este măsurat pentru a determina înălțimea suprafeței. Deoarece această metodă utilizează curent electric, este aplicabilă numai materialelor care sunt conductoare sau semiconductoare.
Mai multe tipuri de microscop cu sondă de scanare se încadrează în categoria microscopiei cu forță atomică (AFM). Spre deosebire de microscopia tunel de scanare, AFM poate fi utilizat pe toate tipurile de materiale, indiferent de conductibilitatea acestora. Toate tipurile de AFM folosesc o măsurătoare indirectă a forței dintre vârful de scanare și suprafață pentru a produce imaginea. Acest lucru se realizează de obicei printr-o măsurare a deformarii în consolă. Diferitele tipuri de microscop cu forță atomică includ AFM cu contact, AFM fără contact și AFM cu contact intermitent. Mai multe considerente determină ce tip de microscopie cu forță atomică este cel mai bun pentru o anumită aplicație, inclusiv sensibilitatea materialului și dimensiunea probei care trebuie scanată.
Există câteva variații cu privire la tipurile de bază de microscopie cu forță atomică. Microscopia cu forță laterală (LFM) măsoară forța de răsucire pe vârful de scanare, care este utilă pentru cartografierea frecării suprafeței. Microscopia cu capacitate de scanare este utilizată pentru a măsura capacitatea eșantionului, producând simultan o imagine topografică AFM. Microscoapele conductive de forță atomică (C-AFM) folosesc un vârf conductiv la fel ca STM, producând astfel o imagine topografică AFM și o hartă a curentului electric. Microscopia cu modulație de forță (FMM) este utilizată pentru a măsura proprietățile elastice ale unui material.
Există și alte tehnici de microscop cu sondă de scanare pentru a măsura alte proprietăți decât suprafața tridimensională. Microscoapele cu forță electrostatică (EFM) sunt folosite pentru a măsura sarcina electrică de pe o suprafață. Acestea sunt uneori folosite pentru a testa cipurile de microprocesor. Microscopia termică cu scanare (SThM) colectează date despre conductibilitatea termică, precum și cartografierea topografiei suprafeței. Microscoapele cu forță magnetică (MFM) măsoară câmpul magnetic de pe suprafață împreună cu topografia.