掃描電鏡（SEM）的成像依賴于電子束與樣品相互作用時產(chǎn)生的多種信號，這些信號攜帶了樣品的形貌、成分和結(jié)構(gòu)等信息。理解其基本原理有助于正確解讀圖像和優(yōu)化成像條件。

1. 電子束入射與樣品相互作用

高能電子束聚焦后照射到樣品表面，會與樣品中的原子核和電子發(fā)生散射、能量交換等相互作用。主要包括彈性散射和非彈性散射兩類過程。

2. 常見信號類型與原理

二次電子（SE）：入射電子與樣品原子外層電子發(fā)生非彈性散射，激發(fā)出能量較低的電子。二次電子的逃逸深度很小，主要來自樣品表面幾納米范圍，因此對表面形貌非常敏感，常用于觀察樣品的精細(xì)表面結(jié)構(gòu)。

背散射電子（BSE）：入射電子與樣品原子核發(fā)生彈性散射后反彈出樣品。背散射電子強度與樣品的原子序數(shù)相關(guān)，原子序數(shù)高的區(qū)域更亮，因此 BSE 圖像常用于材料成分或相分布的對比。

特征X射線（EDS信號）：高能電子轟擊原子內(nèi)層電子，產(chǎn)生空穴，外層電子躍遷填補時釋放出具有特征能量的X射線。不同元素的特征峰不同，因此能用于元素定性、定量分析。

俄歇電子：類似于特征X射線過程，但能量以電子形式釋放。因逃逸深度淺，可用于表面元素分析。

陰極熒光：部分材料在電子轟擊下會產(chǎn)生光輻射，可以提供關(guān)于樣品晶體缺陷、雜質(zhì)的信息。

3. 信號收集與成像

SEM 通過專門的探測器采集這些信號。例如 Everhart-Thornley 探測器用于收集二次電子，環(huán)形探測器用于背散射電子，能譜儀用于 X 射線信號。顯微鏡的圖像就是通過電子束逐點掃描樣品并實時記錄信號強度形成的。

4. 相互作用體積與分辨率

入射電子在樣品中會形成“相互作用體積”，體積大小與加速電壓、樣品原子序數(shù)和密度相關(guān)。相互作用體積越大，信號來源區(qū)域越深，空間分辨率就越低；反之，低加速電壓或輕元素材料會使相互作用體積較小，有助于提升分辨率。