A.扫描电子显微镜（SEM）在表面上扫描聚焦电子束以产生图像。电子束中的电子与样品相互作用，产生各种信号，可用于获取有关表面形貌和成分的信息。
为什么在显微镜中用电子代替光？
如果有足够的光线，人眼可以分辨出相距0.2毫米的两点，而无需借助任何附加透镜。这种距离称为眼睛的分辨率。透镜或透镜组件（显微镜）可用于放大该距离，使眼睛能够看到距离小于0.2 mm的点。
现代光学显微镜的最大放大倍数约为1000倍。显微镜的分辨率不仅受到透镜数量和质量的限制，而且还受到用于照明的光的波长的限制。白光的波长在400到700纳米之间。平均波长为550 nm，这导致光学显微镜在白光下的理论分辨率极限（不可见性）约为200–250 nm。下图显示了检测极限处的两个点，两个单独的点仍然可以区分。右图显示两个点非常接近，以至于中心点重叠。
电子显微镜是在波长成为光学显微镜的限制因素时发展起来的。电子的波长要短得多，因此分辨率更高。
比较光学显微镜和扫描电子显微镜
随着材料和器件尺寸的缩小，许多结构不再能够用光学显微镜表征。例如，如图所示，为了确定用于过滤的纳米纤维层的完整性，需要使用电子显微镜对样品进行表征。
扫描电子显微镜的工作原理
主要扫描电镜组件包括：
- 电子源
- 电子随电磁透镜移动的柱
- 电子探测器
- 样品室
- 使用计算机和显示器查看图像
电子在柱的顶部产生，向下加速并通过透镜和光圈的组合，产生聚焦电子束，撞击样品表面。样品安装在腔室区域的一个工作台上，除非显微镜设计为在低真空下工作，否则柱和腔室都通过组合泵抽真空。真空度取决于显微镜的设计。
电子束在样品上的位置由物镜上方的扫描线圈控制。这些线圈允许在样品表面上扫描光束。正如显微镜的名称所示，这种光束光栅或扫描可以收集样本上某一特定区域的信息。作为电子-样品相互作用的结果，产生了许多信号。这些信号随后由适当的检测器检测。
样品电子相互作用
扫描电子显微镜（SEM）通过高能电子束扫描样品产生图像。当电子与样品相互作用时，它们产生二次电子、背散射电子和特征X射线。这些信号由一个或多个探测器收集，形成图像，然后显示在计算机屏幕上。当电子束击中样品表面时，它会穿透样品几微米的深度，这取决于加速电压和样品的密度。许多信号，如二次电子和X射线，都是由于样品内部的这种相互作用而产生的。
在SEM中获得的最大分辨率取决于多个因素，如电子束与样品的电子斑点大小和相互作用体积。虽然不能提供原子分辨率，但一些SEM可以实现低于1 nm的分辨率。通常，现代全尺寸SEM提供1-20 nm的分辨率，而桌面系统可以提供20 nm或更高的分辨率。