导电原子力显微镜（CAFM）是原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM)和扫描隧道显微镜( Scanning Tunneling Microscope, STM)的一种改进，有着很高的空间分辨率，可以同时测量半导体器件样品的表而粗糙度和电导分布，适用于多晶材料的晶向和晶间区域的研究。

CAFM结构示意图如图10-72所示。与STM的锐化的金属线/尖端不同，CAFM带有一个导电悬臂，悬臂的末端带有涂覆金属或金属合金(如Pt-Ir合金)的硅探针。当探针接近样品表面时，样品和探针尖端的排斥力将使悬臂弯曲。通过反馈系统控制力和针尖与样品之间的距离，可以得到高空间分辨率的表面形貌图像。与此同时，一个负电压加在样品与探针之间，通过测量二者之间的隧道电流的大小，就可以得到探针接触点处的电导值，从而得到样品表面的电导分布。由于通过悬臂的电流可以达到pA量级，因此需要电流放大器电噪声被抑制在fA量级。

CAFM有两种工作模式，即成像模式和谱模式。在常规的成像模式中，探针尖端在很小的样品区域内(通常为数μm2)扫描，并向样品施加负偏压，收集从样品隧穿到探针的电子。选择这种极性的原因是，在这种情况下，电子势垒是从导带到Si/氧化物界面，这比到探针尖端/氧化物界面要好;另外，衬底注入的发射面积是均匀的，并且主要取决于探针尖端与样本的接触面积。相反，在探针尖端注射的情况下，发射面积取决于探针尖端的形状。在测量期间，探针尖端与样品接触，当研究材料是亲水性材料时，探针尖端拖着吸附在样品表面的水及其他污染物移动。如果施加的电压在探针尖端与衬底之间感应出强电场，使得水电离，产生0H- ;如果探针尖端处于低电位，0H-离子被吸附到样品的表面，使得表面氧化而导致电路开路。

在谱模式中，探针尖端是静止的，同时扫描加在探针尖端与样品之间的电压，这样就得到了来自样品的微小区域的I-U特性，从而提取关于局部电子特性的信息，如局部的态密度等。

与STM不同，CAFM可以用于绝缘材料的表面特性分析。此外，除了最基本的表面形貌和导电特性测试，CAFM还可以用于介质特性分析( 如超薄氧化物薄膜击穿特性分析)、纳米电容测量，甚至还可以用于纳米尺度的刻蚀。