熊 壮， 屈明山， 张照云， 杨 荷

(中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621999)

0 引 言

原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)因具有高空间分辨率、高力灵敏度以及可在溶液环境中成像等优点而广泛应用于生物医学等相关领域[1～5]。Toshio Ando等人[6]于2001年开发出高速原子力显微镜(high speed AFM,HS-AFM)系统，于2007年起实现了生理条件下生物分子结构变化及动态过程的跟踪成像[7,8]，为微观生物学提供了重要研究手段。Toshio Ando进一步指出，未来HS-AFM的发展方向是实现对活细胞表面及内部的生物进程的高速实时成像，就AFM探针(微悬臂探针)本身而言，实现该目标的关键方法是提升其谐振频率。

然而受现阶段工艺水平、光学检测设备以及装配操作的制约，从2001年至今，微悬臂探针在空气中难以超过3.5 MHz[9]。除此之外，AFM设备通常采用光杠杆(激光二极管+光电二极管)的微悬臂形变检测技术。然而光学检测设备无法与探针进行片上集成，尺寸较小的微悬臂会给激光束聚焦带来一定困难，因此HS-AFM的光学检测设备往往较为复杂。另外，激光的折射现象以及液面挥发导致的反射点位置偏移也增加了AFM在液体中的操作难度。

为克服上述困难，作者曾提出采用体振荡模式的MEMS谐振器作为AFM探针进行使用，并获得成功[10～12]。其中，I2形MEMS探针谐振频率最高可达11 MHz，Q值达到4000以上，并可集成驱动与检测功能于一体，有望成为未来AFM探针发展的技术方向。

I2形探针采用热驱动以及压阻检测原理，由于前期未对压阻敏感设计进行优化，因此现阶段I2形探针的力灵敏度较传统悬臂式探针相比尚有一定差距。……