一个扫描电子显微镜(SEM)将聚焦的电子流投射并扫描到表面上，以生成图像。电子束中的电子与样品相互作用，从而产生各种信号，可用于获取有关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?
如果有足够的光线，人眼可以在不借助任何额外的透镜的情况下区分空间中相距0.2毫米的两点。这个距离叫做分辨能力或者眼睛的分辨力。透镜或透镜组合(显微镜)可以用来放大这一距离，使眼睛能看到比0.2毫米更近的点。
现代光学显微镜的最大放大率约为1000倍。显微镜的分辨能力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。白光的波长具体范围为400 - 700纳米，而该范围的平均波长为550纳米。这导致光学显微镜在白光下的分辨率(非可见性)的理论极限约为200 - 250纳米。下图显示了检测极限的两个点，这两个单独的点仍然可以被区分。右图显示两个点靠得很近，中心点重叠。
电子显微镜是在波长成为光学显微镜的限制因素后发展起来的。电子的波长短得多，因此分辨率更高。
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，许多结构已经不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-需要电子显微镜来表征样品。
扫描电子显微镜是如何工作的
主要的SEM组件包括:
- 电子的来源
- 电子随电磁透镜移动的圆柱
- 电子探测器
- 样品室
- 电脑和显示器查看图像
电子在柱的顶部产生，向下加速，并通过透镜和光圈的组合，产生聚焦的电子束，然后撞击样品的表面。样品本身被安装在腔室区域的一个平台上(除非显微镜设计为在低真空下工作)，柱和腔室都由泵组合抽真空。真空的程度取决于显微镜的设计。
电子束在样品上的位置由位于物镜上方的扫描线圈控制。这些线圈允许光束在样品表面上被扫描。这种光束光栅或扫描可以收集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。然后由适当的检测器检测这些信号。
Sample-Electron交互
扫描电子显微镜(SEM)通过高能电子束扫描样品来产生图像。当电子与样品相互作用时，它们会产生二次电子、后向散射电子和特征x射线。这些信号由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。当电子束撞击样品表面时，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，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，如电子光斑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可以实现低于1nm的分辨率。通常，现代全尺寸sem提供1- 20nm的分辨率，而桌面系统可以提供20nm或更高的分辨率。