提升模式EFM的工作原理基于范德华力和静电力对针尖-样品距离的不同依赖性。范德华力在针尖-样品距离为1纳米至10纳米的范围内起作用，而静电力的作用范围超过1微米。因此，当针尖接近样品时，范德华力主导针尖-样品的相互作用。随着针尖远离样品，范德华力迅速减小，而静电力变得占主导地位。

因此，提升模式EFM采用双次扫描的方法：在第一次扫描中，针尖在范德华力占主导地位的针尖-样品距离下映射样品的形貌。然后，针尖被提升到范德华力可忽略不计的距离，在这个距离上，静电力主导针尖-样品的相互作用。这个距离通常在50-100纳米之间。在第二次扫描中，针尖跟随第一次扫描的形貌轨迹以保持恒定的针尖-样品距离，从而仅检测用于EFM成像的静电力，而不会受到形貌串扰（图2a）。在这里，额外的针尖偏压增强了针尖和样品之间的静电相互作用。为了避免形貌和EFM扫描之间的漂移效应，每次扫描线都会连续进行两次扫描。

为了提高灵敏度和信噪比，两次扫描都采用动态模式并使用锁相检测。在第一次扫描中，针尖在悬臂的共振频率下振荡，处于帕克公司（Park Systems）真正的非接触模式下范德华力吸引区域，确保针尖和样品的保护。在恒定针尖-样品距离的第二次扫描中，针尖在共振频率下的振荡现在仅对静电力敏感。第二次扫描中的振荡幅度和相位给出了样品表面电势的大小和符号。这种单频EFM即使使用单个锁相放大器也易于操作。然而，由于提升模式的特性，它在远离表面的位置测量EFM，并且需要扫描两次。与双频EFM相比，这种方法更耗时，且在EFM幅度和相位上损失了空间分辨率（见下文）。

双频EFM（静电力显微镜）在当前的帕克原子力显微镜（AFM）中被设计为一种高效的单次扫描方法，用于同时获取表面形貌和EFM信号，而无需牺牲灵敏度。双频EFM允许形貌和EFM信号的完全分离，因为这两个信号在截然不同的频率上被两个不同的锁相放大器检测（如图2b所示）。针尖通过在悬臂的共振频率ω0处振荡来扫描表面形貌，从而获得非接触模式的形貌图像。同时，通过第二个锁相放大器向针尖施加一个频率为ωtip的交流偏压电压以及一个直流偏压电压。针尖的电激励导致在带偏压的针尖和带电表面之间产生振荡的静电力。第二个锁相放大器将针尖在交流频率ωtip下由静电力引起的运动与在共振频率ω0下检测到的形貌信号解耦。ωtip频率下的幅度和相位包含了关于表面电荷大小和符号的信息。

图3展示了双频静电力显微镜（EFM）实验设置的示意图。EFM信号的附加锁相放大器被嵌入到原子力显微镜（AFM）控制器中，具有两个目的：第一，除了直流（DC）偏压外，还应用交流（AC）电压，其频率为ωtip。第二，从在悬臂梁共振频率ω0处检测到的形貌信号中分离出在ωtip频率上的信号分量，该分量携带EFM数据。在双频EFM中，探针和样品可以视为一个电容器，其振荡的静电相互作用力Fel可以表示为：

探针-样品电容C与距离d和总电压V有关。由于同时在探针和样品之间施加AC和DC电压，探针和样品之间的总电压V由以下方程表示：

其中VDC是DC探针偏压，VS是样品上的表面电位，VAC和ωtip分别是施加AC电压的幅度和频率。将方程1和方程2结合，得到描述静电力的三个项：

这些项可以分为静态DC项（a），以及两个AC项，分别在ωtip（b）和2ωtip（c）。静态DC项很难检测，但用于EFM的第二个锁相放大器可以准确地解耦ωtip处的AC项，以成像样品的静电性质。ωtip处的幅度包含了关于样品静电充电大小的信息，而相位则包含了关于表面电荷符号的信息。

与抬起模式EFM相比，双频EFM的主要优势如下：

图5展示了在SiO2基底上的Au图案的EFM测量结果。该样品由两个微梳状电极组成。其中一个Au电极接地，而另一个连接到样品偏压。这些电极在Si基底上的100 nm厚的氧化物层上，高度为30 nm（25 nm Au和5 nm Ti），用于交错电极之间的绝缘。

通过向样品施加+0.5 V的DC偏压，接地电极和偏压电极之间的EFM信号可以明显区分开来。