為了彌補STM只限于觀測導(dǎo)體和半導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)的缺陷，Binning等人發(fā)明了AFM，AFM利用微探針在樣品表面劃過時帶動高敏感性的微懸臂梁隨表面的起伏而上下運動，通過光學(xué)方法或隧道電流檢測出微懸臂梁的位移，實現(xiàn)探針尖端原子與表面原子間排斥力檢測，從而得到表面形貌信息。
就應(yīng)用而言，STM主要用于自然科學(xué)研究，而相當數(shù)量的AFM已經(jīng)用于工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。1988年中國科學(xué)院化學(xué)所研制成功國內(nèi)首臺具有原子分辨率的AFM。安裝有微型光纖傳導(dǎo)激光干涉三維測量系統(tǒng)，可自校準和進行絕對測量的計量型原子力顯微鏡可使目前納米測量技術(shù)定量化。
利用類似AFM的工作原理，檢測被測表面特性對受迫振動力敏組件產(chǎn)生的影響，在探針與表面10～100nm距離范圍，可以探測到樣品表面存在的靜電力、磁力、范德華力等作用力，相繼開發(fā)磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡、摩擦力顯微鏡等，統(tǒng)稱為掃描力顯微鏡。
原子力顯微鏡及工作原理
（2）光子掃描隧道顯微鏡（PSTM）
PSTM的原理和工作方式與STM相似，后者利用電子隧道效應(yīng)，而前者利用光子隧道效應(yīng)探測樣品表面附近被全內(nèi)反射所激起的瞬衰場，其強度隨距接口的距離成函數(shù)關(guān)系，獲得表面結(jié)構(gòu)信息。
光子掃描隧道顯微鏡
（3）其它顯微鏡
如掃描隧道電位儀（STP）可用來探測納米尺度的電位變化；掃描離子電導(dǎo)顯微鏡（SICM）適用于進行生物學(xué)和電生理學(xué)研究；掃描熱顯微鏡已經(jīng)獲得了血紅細胞的表面結(jié)構(gòu)；彈道電子發(fā)射顯微鏡（BEEM）則是目前唯一能夠在納米尺度上無損檢測表面和接口結(jié)構(gòu)的先進分析儀器，國內(nèi)也已研制成功。
掃描隧道電位儀
2、納米測量的掃描X射線干涉技術(shù)
以SPM為基礎(chǔ)的觀測技術(shù)只能給出納米級分辨率，卻不能給出表面結(jié)構(gòu)準確的納米尺寸，這是因為到目前為止缺少一種簡便的納米精度（0.10～0.01nm）尺寸測量的定標手段。
美國NIST和德國PTB分別測得硅（220）晶體的晶面間距為192015.560±0.012fm和192015.902±0.019fm。日本NRLM在恒溫下對220晶間距進行穩(wěn)定性測試，發(fā)現(xiàn)其18天的變化不超過0.1fm。實驗充分說明單晶硅的晶面間距具有較好的穩(wěn)定性。
掃描X射線干涉測量技術(shù)是微/納米測量中的一項新技術(shù)，它正是利用單晶硅的晶面間距作為亞納米精度的基本測量單位，加上X射線波長比可見光波波長小兩個數(shù)量級，有可能實現(xiàn)0.01nm的分辨率。該方法較其它方法對環(huán)境要求低，測量穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，是一種很有潛力的方便的納米測量技術(shù)。
自從1983年D.G.Chetwynd將其應(yīng)用于微位移測量以來，英、日、意大利相繼將其應(yīng)用于納米級位移傳感器的校正。國內(nèi)清華大學(xué)測試技術(shù)與儀器國家重點實驗室在1997年5月利用自己研制的X射線干涉器件在國內(nèi)首次清楚地觀察到X射線干涉條紋。軟X射線顯微鏡、掃描光聲顯微鏡等用以檢測微結(jié)構(gòu)表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微缺陷。邁克爾遜型差拍干涉儀，適于超精細加工表面輪廓的測量，如拋光表面、精研表面等，測量表面輪廓高度變化最小可達0.5nm，橫向（X，Y向）測量精度可達0.3～1．0μm。渥拉斯頓型差拍雙頻激光干涉儀在微觀表面形貌測量中，其分辨率可達0.1nm數(shù)量級。
邁克爾遜型差拍干涉儀
3、光學(xué)干涉顯微鏡測量技術(shù)
光學(xué)干涉顯微鏡測量技術(shù)，包括外差干涉測量技術(shù)、超短波長干涉測量技術(shù)、基于F-P（Ferry-Perot）標準的測量技術(shù)等，隨著新技術(shù)、新方法的利用亦具有納米級測量精度。外差干涉測量技術(shù)具有高的位相分辨率和空間分辨率，如光外差干涉輪廓儀具有0.1nm的分辨率；基于頻率跟蹤的F-P標準具測量技術(shù)具有極高的靈敏度和準確度，其精度可達0.001nm，但其測量范圍受激光器的調(diào)頻范圍的限制，僅有0.1μm。而掃描電子顯微鏡（SEM）可使幾十個原子大小的物體成像。
美國ZYGO公司開發(fā)的位移測量干涉儀系統(tǒng)，位移分辨率高于0.6nm，可在1.1m/s的高速下測量，適于納米技術(shù)在半導(dǎo)體生產(chǎn)、數(shù)據(jù)存儲硬盤和精密機械中的應(yīng)用。
