一个扫描电子显微镜(SEM)扫描聚焦的电子束在表面上形成图像。电子束中的电子与样品相互作用，产生各种信号，可用于获取表面形貌和成分的信息。
为什么在显微镜中使用电子而不是光?
在光线充足的情况下，人眼可以在不借助任何额外透镜的情况下，将两个距离为0.2毫米的点区分开来。这个距离被称为眼睛的分辨率。一个透镜或一组透镜(显微镜)可以用来放大这个距离，使眼睛能够看到距离比0.2毫米更近的点。
现代光学显微镜最大放大倍数约为1000倍。显微镜的分辨率不仅受到透镜的数量和质量的限制，而且还受到用于照明的光的波长的限制。白光的波长从400到700纳米(nm)。平均波长为550 nm，这导致了光学显微镜在白光下的理论分辨率极限(非可见性)约为200 - 250 nm。下图显示了在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，两个点靠得太近，以至于中心点重叠。
当波长成为光学显微镜的限制因素时，电子显微镜应运而生。电子的波长更短，分辨率更高。
比较光学显微镜和扫描电子显微镜
由于材料和器件的尺寸正在缩小，许多结构不再能用光学显微镜来表征。例如，为了确定用于过滤的纳米纤维层的完整性，如图所示，需要用电子显微镜对样品进行表征。
扫描电子显微镜是如何工作的
主要的SEM组件包括:
- 源的电子
- 电子通过电磁透镜向下移动的柱
- 电子探测器
- 样品室
- 电脑和显示器可以查看图像
电子在柱的顶部产生，然后向下加速，通过透镜和光圈的组合，产生一束聚焦的电子，并击中样品的表面。样品被安装在腔室区域的一个舞台上，除非显微镜被设计为在低真空下工作，否则柱和腔室都是通过一个组合泵进行抽真空。真空的程度将取决于显微镜的设计。
电子束在样品上的位置是由位于物镜上方的扫描线圈控制的。这些线圈允许光束在样品表面被扫描。这种光束光栅或扫描，正如显微镜的名称所暗示的，可以收集关于样品上定义区域的信息。由于电子-样品相互作用，产生了许多信号。这些信号然后被适当的检测器检测到。
Sample-Electron交互
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，它们会产生二次电子、背散射电子和特征x射线。这些信号被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，它会穿透样品到几微米的深度，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，都是样品内部这种相互作用的结果。
在扫描电镜中获得的最大分辨率取决于多个因素，如电子斑点的大小和电子束与样品的相互作用体积。虽然它不能提供原子分辨率，但一些sem可以达到低于1 nm的分辨率。通常，现代全尺寸sem提供1-20纳米的分辨率，而桌面系统可以提供20纳米或更多的分辨率。