掃描電子顯微鏡（SEM, Scanning Electron Microscope）成像的原理，是通過聚焦電子束掃描樣品表面并收集產生的各種信號來形成圖像。它與光學顯微鏡不同，不依賴光線和玻璃透鏡，而是使用電子束和電磁透鏡系統，因此可以獲得遠高于光學顯微鏡的分辨率（可達納米級甚至更精細）。

成像的基本過程如下：

1. 電子束發射

SEM 使用電子槍（如熱發射或場發射電子槍）產生高速電子束，電子能量一般在 幾百 eV 到幾十 keV 范圍。

2. 聚焦與掃描

電子束經過多個電磁透鏡系統聚焦成一個非常細的電子束（通常直徑<10 nm），并以光柵方式在樣品表面進行逐點掃描（line by line）。

3. 與樣品相互作用

電子束轟擊樣品表面，與樣品原子發生多種相互作用，產生不同類型的信號：

二次電子（SE）：低能電子，反映樣品的表面形貌信息常用的成像信號。

背散射電子（BSE）：能量較高，反映原子序數差異可用于成分對比成像。

X射線（EDS/EDX）：用于元素分析。

還有歐杰電子、陰極熒光等可選信號。

4. 信號收集與成像

探測器收集信號（如二次電子），并將信號強度轉換為圖像灰度，在顯示器上重建成像。掃描過程與信號強度變化共同構成圖像。

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