扫描电子显微镜的性能

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)是一种电子显微镜，它通过用聚焦电子束扫描表面来产生样品的图像。电子与样品中的原子相互作用，产生包含样品表面形貌和成分信息的各种信号。电子束的扫描路径形如光栅，将电子束的位置与检测信号的强度相结合即可输出图像。在最常见的SEM模式下，用艾弗哈特-索恩利（Everhart-Thornley）探测器可以检测到由电子束轰击原子所激发的二次电子。不考虑其它因素，可以检测到的二次电子数以及信号强度取决于样品形貌。扫描电镜的分辨率可达1 nm。

扫描电子显微镜（SEM）中用来产生图像的信号源于电子束与样品中不同深度的原子相互作用。因此而产生各种类型的信号包括二次电子(Secondary electron, SE)、反射或背散射电子(Back-scattered electron, BSE)、特征X射线和光线(阴极射线发光)(CL)、吸收电流(样品电流)和透射电子。 二次电子探测器是所有扫描电镜的标配。

在二次电子成像(Secondary electron imaging, SEI)中，二次电子是从样品表层发射的。因此，SEI可以产生超高分辨率的样品表面图像并显示尺寸小于1纳米的细节。背散射电子(BSE)是通过弹性散射从样品反射的成束电子。它们的发射位置在样品更深处，因此BSE图像的分辨率低于SE。然而，BSE与从特征性X射线获得的光谱通常用于分析型SEM，因为BSE信号的强度与样品的原子序数(Z)密切相关。BSE图像可以提供样本中不同元素的分布信息，但不能提供结构信息。 在主要由轻元素组成的样本中，例如生物样本，BSE成像可以对直径为5-10 nm的胶态金免疫标记成像，而这很难或不可能利用二次电子成像检测到。 当电子束从样品中激发出内壳层电子时，样品会发射出特征X射线，这是因为高能电子充满壳层并释放能量。这些特征X射线的能量或波长可以通过能谱仪（Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX）或波谱仪（Wavelength-dispersive X-ray spectroscopy）测量，并可用于识别和测量样品中的元素丰度进而绘制元素分布图。

由于电子束直径非常小，扫描电子显微镜照片具有很大的景深，这就形成了有助于理解样品表面结构的特征性三维外观。 上面显示的花粉显微照片就是证明。SEM的放大范围很广，从大约10倍(大约相当于一个强大的手磨透镜)到超过50万倍，大约是最   好的光学显微镜的放大极限的250倍。