SEM基本结构及原理
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弹性散射：电子束的能量不损失，只改变方向，如背散射电子。 非弹性散射：入射电子熟不进改变方向，也改变能量。包括二次电子，俄歇电子，特征X射线，荧光。
图1 电子束与样品的作用深度示意图
1.1 二次电子Secondary electron
二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成为自由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。二次电子来自表面5-10nm的区域，二次电子的逃逸深度很小，在入射电子束处，约为5λ，金属λ=1nm，非金属λ=10nm。
图2 二次电子产量与逃逸深度关系
能量为0-50eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。由于它发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子的分辨率较高，一般可达到5-10nm。扫描电镜的分辨率一般就是二次电子分辨率。
二次电子产额随原子序数的变化不大，它主要取决于表面形貌，呈以下关系：
δ(θ)= δ0Secθ
图3二次电子产量与样品倾斜角度关系
θ增大时δ增大，样品表面的起伏形貌与样品倾转原理一样，形成形貌衬度。
入射电子与样品核外电子碰撞，使样品表面的核外电子被激发出来的电子，是作为SEM的成像信号，代表样品表面的结构特点。
图4 二次电子的检测示意图
1.2 背散射电子back scattered electron
背散射电子是由样品反射出来的初次电子，是弹性散射返回来的电子，其主要特点是：能量很高，有
相当部分接近入射电子能量，总能量约占入射点子能量的30%，在试样中产生的范围大，像的分辨率低。背散射电子发射系数随原子序数增大而增大。作用体积随入射束能量增加而增大，但发射系数变化不大。 背散射电子的原子序数衬度：
图5背散射电子产量与原子序数关系
图6背散射电子产量与入射束能量关系
背散射电子的形貌衬度：背散射电子同样也存在样品倾转是的形貌衬度效应，如图所示，低角度变化不明显，高角度衬度较好。
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图7背散射电子产量与样品倾斜角度关系
背散射电子的空间分布：背散射电子在空间的分布满足一下关系，当入射束沿样品表面法线方向入射时：
η(φ)= ηn Cos(η)
33ri
图8 背散射电子的空间分布示意图
当样品倾转时，则变成以下情况：空间分布变成椭圆形状，特别是大于80度是的倾转。
图9 样品倾转时背散射电子的空间分布
1.3俄歇电子Auger electron
原子内层电子被激发产生空穴后，高能级的院子跃迁到这一能级，如果原子内层电子能级跃迁过程中
云母带释放出来的能量不是以X射线的形式释放而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫做俄歇电子。因每一种原子都由自己特定的壳层能量，所以它们的俄歇电子能量也各有特征值，能量在50-1500eV范围内。俄歇电子是由试样表面极有限的几个原子层中发出的，这说明俄歇电子信号适用与表层化学成分分析。
1.4 特征X射线
产生二次电子后留下的空穴引起高能级原子的跃迁，跃迁过程中释放的能量以X射线形势释放出来。
2扫描电子显微镜的结构
扫描电镜的基本结构可分为电子光学系统、机械系统、真空系统、样品所产生的信号收集、处理和显示系统。
图10 扫描电子显微镜结构图
2.1 电子光学系统
这个系统包括电子、电磁聚光镜、扫描线圈和光阑组件。电子的作用是产生电子照明源，它的性能决定了扫描电镜的质量，商业生产扫描电镜的分辨率可以说是受电子亮度所限制。
电子及分类
根据朗谬尔方程，如果电子所发射电子束流的强度为I0，则它有如下关系存在：
I0＝β0π2G02α2 / 4
式中α－电子束的半开角；
G0－虚光源的尺寸；音箱分频器制作
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β0－电子的亮度。
根据统计力学的理论可以证明，电子的亮度β0是由下式来确定：
β0＝J k（eV0 /πkT）①
式中J k－阴极发射电流密度；
V0－电子的加速电压；
k－玻尔兹曼常数；
T－阴极发射的绝对温度；
e－电子电荷。
在热电子发射时，阴极发射电流密度J k可以用如下公式来表示：
J k＝A0T exp（－eφ/ kT）②
式中A0－发射常数；
φ－阴极材料的逸出功。
从公式①和公式②可以看出，阴极发射的温度越高，阴极材料的电子逸出功越小，则所形成电子的亮度也越高。
电子的类型
为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径，常用的电子有三种：普通热阴极三级电子（阴极材料是钨丝（直径大约0.1～0.15mm），制成发夹式或针尖式形状，并利用直接电阻加热来发射电子）六硼化镧阴极电子和场发射电子，前两种属于热发射电子，后一种属于冷发射电子，也叫场发射电子。场发射电子亮度最高，电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源，价格较昂贵。阴极材料是用（310）位向的钨单晶针尖，针尖的曲率半径大约为100nm。它是利用场致发射效应来发射电子的。
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