扫描电镜（Scanning Electron Microscope,简称SEM）是一个复杂的系统，它凝聚了电光技术，真空技术，精细机械结构和现代计算机控制技术。成像是使用二次电子或反向散射电子。随着扫描电镜的发展和应用的发展，已经开发出宏观裂缝和显微切割。

扫描电镜通过多级电磁透镜将电子枪发射的电子组合成一个小的（通常为1~5nm直径）电子束（相应的束电流为10-11~10-12A）加速高压。

在至终透镜上方的扫描线圈的作用下，电子束在样品表面上进行光栅扫描（行扫描+帧扫描）。入射电子与样品相互作用以产生各种信息，例如二次电子，背向散射电子和X射线。

这些信息的二维强度分布随样品表面的特征而变化（这些特征是表面形貌，成分，晶体取向，电磁特性等），并且各种检测器收集的信息是按顺序和按比例的。

转换成视频信号，然后传输到显像管的同步扫描并调制其亮度，就可以得到反应样品表面状态的扫描图像[1]。如果检测器接收的信号被数字化并转换成数字信号，则可以由计算机进一步处理和存储。

扫描电镜主要用于观察厚度大且粗糙不均匀的厚试样。因此，在设计中突出了景深效应，其通常用于分析裂缝和自然表面而无需人工处理。

扫描电镜由三个主要部分组成：真空系统，电子束系统和成像系统。真空系统主要包括真空泵和真空柱。真空柱是密封的圆柱形容器。

真空泵用于在真空塔内产生真空。有机械泵，”油扩散泵和”涡轮分子泵三大类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足钨枪的扫描电镜的真空要求，但对于场发射枪或六硼化镧枪的扫描电镜，需要机械泵和涡轮分子泵的组合。

成像系统和电子束系统都内置在真空柱中。真空柱的底部是右侧显示的样品的密封室。使用真空的原因主要基于以下两个原因。

电子束系统中的灯丝被快速氧化并在通常的气氛中失效，因此除了扫描电镜中使用的真空之外，通常需要用纯氮气或惰性气体填充整个真空塔。意味着电子的自由路径，更多的电子被用于成像。

电子束系统由电子枪和电磁透镜组成。它主要用于产生具有窄能量分布的电子束和用于扫描成像的电子能量确定。电子枪用于产生电子。主要有两个类别，共三个。

一种是利用场发射效应产生电子，称为场发射电子枪。这种电子枪非常昂贵，超过100,000美元，并且需要极低的10-10托的高真空度。但是，它具有至少1000小时的寿命，并且不需要电磁透镜系统。

另一种是利用热辐射效应产生电子，包括钨枪和六硼化镧枪。钨枪的使用寿命为30到100小时且价格便宜，但成像并不像其他两种那样明亮，通常是廉价或标准的扫描电镜配置。

在场发射电子枪和钨枪之间，六硼化物枪的寿命在200到1000小时之间。价格大约是钨枪的十倍。图像比钨枪亮5到10倍。它需要略高于钨枪。真空，一般在10-7托以上。但它比钨枪更容易发生过饱和和热激发。