图4 SEM不同信号及其形成区域
样品与电子的相互作用可以产生许多不同类型的电子、光子或辐射。就扫描电子显微镜而言，用于成像的两种电子是指背散射电子和二次电子，如图4所示。
二次电子像原理
二次电子是由于被入射电子“碰撞”而获得能量，逃出样品表面的核外电子，其主要特点是：
(1)能量小于50eV，较易被检测器前端的电场吸引，因而阴影效应较弱。
(2)只有样品表面很浅（约10nm）的部分激发出的二次电子才能逃出样品表面,因此二次电子像分辨率较高。
(3)二次电子的产额主要取决于样品表面局部斜率，因此二次电子像主要是形貌像。
可看成由许多不同倾斜程度的面构成的凸尖、台阶、凹坑等细节组成，这些细节的不同部位发射的二次电子数不同，从而产生衬度。
二次电子像分辨率高、无明显阴影效应、场深大、立体感强，是扫描电镜的主要成像方式，特别适用于粗糙样品表面的形貌观察。
背散射电子像原理
背散射电子是由样品“反射”出来的入射电子，其主要特点是：
(1)能量高，从50eV到接近入射电子的能量。
(2)穿透能力比二次电子强得多，可从样品中较深的区域逸出(微米级)，在这样的深度范围，入射电子已有相当宽的侧向扩展，因此在样品中产生的范围大，图像分辨率较低；
(3)背散射电子产额随原子序数增大而明显增加，即样品平均原子序数Z大的部位产生较强的背散射电子信号，在荧光屏上形成较亮的区域；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在荧光屏上形成较暗的区域，这样就形成原子序数衬度（成分衬度）。
与二次电子像相比，背散射像的分辨率要低，主要应用于样品表面不同成分分布情况的观察，比如有机无机混合物、合金等。
但严格说，背散射电子也带有形貌信息，尤其是，由于能量高，背散射电子可以认为是直线行进，因而有明显的阴影效应，对于形貌起伏较大的样品表面，立体感甚至优于二次电子像。
只有样品表面较平整，甚至是抛光后的样品才能将背散射像等同于成份像。同样地，二次电子也带有成分信息，只是远没有背散射电子明显而已。举例如下：
图5 锡铅镀层的表面图像
(a)二次电子图像；(b)背散射电子图像
SEM主要性能参数
<1> 分辨率
对微区成分分析而言，分辨率指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点间的最小距离。
SEM分辨率主要受三方面影响：入射电子束束斑直径、入射电子束在样品中的扩展效应、成像方式及所用的调制信号。
二次电子像的分辨率约为5-10nm，背散射电子像的分辨率约为50-200nm。一般来说SEM分辨率指的是二次电子像的分辨率。
<2>放大倍数
放大倍数可从十倍到几十万倍连续可调。
放大倍数：M = L/I，其中L是显像管尺寸，I是光栅扫描时相邻两点间距。M通过调节扫描线圈电流进行，电流小则电子束偏转角度小，放大倍数增大。放大倍率不是越大越好，要根据有效放大倍率和分析样品的需要进行选择，与分辨率保持一定关系。
<3> 景深
景深指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。估算景深D = 2 r/a = 0.2/(aM) mm，a-电子束张角，M-放大倍数。SEM物镜采用小孔视角、长焦距，可获得很大景深。
<4> 衬度
包括表面形貌衬度和原子序数衬度。表面形貌衬度由试样表面的不平整性引起。原子序数衬度指扫描电子束入射试祥时产生的背散射电子、吸收电子、X射线，对微区内原子序数的差异相当敏感。原子序数越大，图像越亮。二次电子受原子序数的影响较小。高分子中各组分之间的平均原子序数差别不大；所以只有—些特殊的高分子多相体系才能利用这种衬度成像。
SEM应用：形貌观察
材料形貌观察
<1> 金属玻璃（MGs）
<2> 纳米纯金属Ni
SEM应用：成分分析
能量色散X射线光谱仪（EnergyDispersive X-Ray Spectroscopy，EDX）
能谱分析是当今材料领域研究人员广泛采用的技术。如图3，利用SEM，各种信号可以提供给定样品的不同信息。当SEM与EDX探测器结合使用时，X射线也可以用作产生化学信息的信号。
EDX借助于试样发出的元素特征X射线波长和强度进行分析，根据波长测定试样所含元素，根据强度测定元素相对含量。根据探针在待测样品表面扫描方式不同，可分为点、线、面分析三种方式：
<1>点分析
将分析范围精确定位到样品中感兴趣的点上，进行定性或定量分析，常用于显微结构的成分分析，如材料的晶界，析出相，夹杂相等。
<2>线分析
电子束沿着特定的方向进行线扫描，能获得元素含量变化的线分布曲线。如果和样品的形貌像相对照分析，可直观分析元素在不同相或区域内的分布和变化趋势。
<3>面分析
利用电子束对样品表面的特定区域进行扫描，元素在试样表面的分布能在CRT上以亮度分布显示（定性分析）。
实例：
点扫描成分分析：下图为一种氧离子-质子-电子导电纳米复合材料BaCo0.7(Ce0.8Y0.2)0.3O3-δ(BCCY)的表征。图6D为A和B点EDX扫描结果。证实了元素Ce，Co，Y，Ba，O的存在并给出了相应含量。
