掃描電鏡（SEM）是一種用途廣泛的科學儀器，它可以根據用戶的需求提供樣品不同類型的信息。在這里我們將闡述在掃描電鏡（SEM）中產生的不同類型的電子，它們是如何被檢測出來的，以及它們可以提供的信息等。

電子顯微鏡是通過電子束來成像的。在圖1中，您可以看到電子與物質相互作用所產生的各種信號，所有這些不同類型的信號攜帶著關于樣品的不同的有用信息，由電子顯微鏡的操作人員根據需要選擇接收的信號。

例如在透射電鏡（TEM）中，正如它的名字所示，檢測到的信號是透過樣品的電子，會提供樣品內部結構的信息。在掃描電鏡（SEM）下，通常需要檢測兩種類型的信號：背散射電子（BSE）和二次電子（SE）。

圖1：電子與物質相互作用區域，產生不同類型的信號

背散射電子的成像（BSE）

這種類型的電子來源于相互作用體積內的一個寬廣區域。它們是入射電子與物質原*彈性碰撞的結果，這導致了入射電子軌道的變化。可以把入射電子與物質原子碰撞看作是所謂的“臺球”模型，小粒子（入射電子）與較大的粒子（原子）相撞。較重的原子比輕原子更容易散射電子，從而產生更強的信號（圖2），因此背散射電子到達探測器的數量與物質的原子序數成正比。這種背散射電子（BSE）數量對原子序數的依賴幫助我們區分不同的成分區域，提供了樣本成分組成信息的成像。此外，BSE圖像還可以提供關于樣品晶相、形貌和磁場等有價值的信息。

圖2：a）鋁/ 銅樣品的SEM圖像，b），c）電子束與鋁和銅相互作用的簡化圖解。銅原子（更高的原子序數）與較輕的鋁原子相比，將更多的入射電子散射到探測器上，因此在SEM圖像中看起來更亮。

zui常見的BSE探測器是包含p-n結的固態探測器，其工作原理是利用逸出樣品后被探測器吸收的背散射電子產生的電子空穴對為基礎。這些電子空穴對的數量取決于背散射電子的能量。p- n結連接到兩個電極上，其中一個電極吸引電子，另一個吸引空穴從而產生電流，電流大小取決于所吸收的背散射電子的數量。

BSE檢測器位于樣品上方，與入射電子束形成“甜甜圈”排列，它們由對稱分離的部分組成，以便zui大限度地收集背散射電子。當所有的部分都被啟用時，圖像的對比度描繪了樣品的原子序數信息。通過只啟用探測器的特定象限，圖像反應樣品的形貌信息。

圖3：背散射電子探測器和二次電子探測器的位置。

二次電子

相反，二次電子來源于樣品表面和接近表面的區域。它們是入射電子束與樣品之間非彈性散射的結果，其能量比背散射電子低。二次電子對于樣品表面的細節反映非常有用，如圖4所示：

圖4：葉子的成像：a）背散射成分像（BSD） b）背散射形貌像（BSD） c）二次電子像

E-T型探測器是zui常用的二次電子探測器。它由一個法拉第籠內的閃爍體組成，它帶正電可以吸引二次電子。之后閃爍體加速電子并將它們轉換成光，然后到達光電倍增管進行放大，二次電子檢測器以一定的角度被放置在樣品室的一側，有助于提高二次電子的檢測效率。

這兩類電子是掃描電鏡（SEM）用戶zui常用的成像信號。并非所有的SEM用戶都只需要一種類型的信息，因此擁有多個探測器的表征功能使SEM成為一種通用的工具，可以為許多不同的應用提供有價值的解決方案。