微纳机电系统((Micro/Nano-electromechanical System,MEMS/NEMS)的核心部件——微纳谐振器有着高灵敏度、高品质因数、高谐振频率等多种优越的性能。原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)的核心部件探针就是一种微纳谐振器。在工作过程中,随着探针从距离样品表面较远到接近样品,最后接触样品表面,探针系统的动力学特性一直都在改变。本文通过建立轻敲模式下的AFM动力学模型,分析和验证了探针在工作过程中的动力学行为变化规律,在此基础上提出了改善相位图成像质量的方法并进行了实验验证。具体内容如下:首先,建立轻敲模式下的AFM系统动力学模型。针对微悬臂梁上的单位微元进行受力分析并求解了欧拉贝努利梁模型的振动微分方程,分析了自由端简谐力激励和固定端位移激励两种模型的异同点;再将这两种连续体模型进一步简化为单自由度的质量弹簧系统,推导了两种模型的等效原则并创新性地提出了等效阻尼和等效位移激励的表达式。其次,分析和验证了 AFM系统在工作过程中的能量耗散机理变化。分别建立了探针在远离样品时的空气黏性阻尼耗散模型,探针在靠近样品期间的空气压膜阻尼变化模型以及探针在接触样品时的液桥生成破碎模型;并通过探针在远离样品、靠近样品、接触样品时的扫频实验曲线验证了理论模型的准确性。最后,通过对AFM系统相位偏移量的影响因素分析,提出了改善相位图成像质量的方法。探针在靠近样品表面时,不同的探针-样品间相互作用机理会导致系统的阻尼特性和系统刚度都会发生改变;根据样品表面的物理性质选择不同的激振频率,可以增加相位图的相位偏移量,提高相位像的成像质量;通过实验分析了不同样品的相位偏移量与激振频率的关系,验证了理论的准确性。