掃描電鏡(SEM)的形貌觀察和波譜/能譜的成分分析是對電子槍發射的高能電子與試樣相互作用產生的各種信息進行檢測和分析獲得的。當高能入射電子與試樣的原子核和核外電子發生彈性散射或非彈性散射的相互作用時，將發生運動軌跡的偏移或能量的交換，并激發樣品原子，從而產生大量攜帶樣品形貌、結構和組成的信號電子，主要有二次電子、背散射電子、特征性X射線、俄歇電子、透射電子、吸收電子和陰極發光等，可利用這些信號電子成像來分析試樣。
不同類型信號電子具有不用的激發體積和形狀，其逸出范圍取決于加速電壓和材料類型，入射電子束與樣品相互作用范圍示意圖如下。
各種信號作用深度：
俄歇電子：0.4-2nm
二次電子：5-10nm
背散射電子：0.1-1um
特征X射線：0.5-5um01透射電子：透射電鏡成像主要信號電子
當樣品厚度比較薄(100nm以內)時，部分高能入射電子就可能穿透整個樣品，從樣品的下表面出射，即為透射電子。
特點：
1.透射電子產率與加速電壓和樣品質量厚度有關，加速電壓越高，樣品質量厚度越小，電子穿透力越強，成像分辨率越高。
2.透射電子信號由微區厚度、成分和晶體結構決定。透射電子中除了有能量和入射電子相當的彈性散射電子外，還有各種不同能量損失的非彈性散射電子，其中有些特征能量損失電子和分析區域的成分有關。
用途：
1.透射電鏡成像的主要信號，用于高倍形貌像觀察，高分辨原子、分子、晶格像觀察和電子衍射晶體結構分析。
2.可以利用特征能量損失電子配合電子能量分析器來進行微區成分分析。
02二次電子：掃描電鏡中應用*多的信號電子
當高能入射電子與試樣原子核外內層電子或價電子發生相互作用時，將部分能量傳遞給核外電子，使其獲取能量后發生電離形成自由電子，通過克服材料的逸出功離開樣品即為二次電子。
特點：1.能量低，只有樣品表面5-10nm區域產生的二次電子才能夠克服材料的逸出功，離開樣品到達探測器。2.空間分辨率高，一般為5-10nm。3.對表面形貌變化非常敏感，能夠真實地反映樣品表面和極表面形貌特征。4. 二次電子的產額與原子序數沒有明顯的依賴關系，所以不能用來進行成分分析。
用途：用于樣品表面和極表面形貌特征的觀察
03背散射電子當高能入射電子轟擊試樣時，由于受樣品原子核的庫侖作用，將在任意方向上發生彈性散射，當其中部分入射電子所累積的總散射角大于90°時，這部分電子會重新返回試樣表面，稱之為背散射電子。根據其能量損失與否，分為彈性背散射電子和非彈性背散射電子，其中前者占大部分。
特點：1.背散射電子來自樣品表層幾百納米的深度范圍，成像分辨率小于二次電子，一般為50-200nm。2.背散射電子產額與樣品傾斜角和原子序數密切相關，隨二者的增大而增加，特別依賴于原子序數的變化，所以背散射電子信號與樣本化學組成有關。
用途：既可以用作形貌分析，也可以顯示試樣的原子序數襯度，定性的做成分分析。
304特征X射線當高能入射電子轟擊試樣后，部分入射電子與原子中的內層電子發生非彈性散射，將其部分能量傳遞給內層電子使其激發并脫離該原子。此時，內殼層上將出現一個空位，整個原子處于一種不穩定的高能激發態，在受激后的瞬間(約10-12s)會有一系列外層電子相繼向內殼層空位進行補位躍遷，同時產生一系列特征X射線和俄歇電子，釋放出多余的能量促使原子恢復到*低能量的基態。
特點：1.特征X射線的波長和強度決定于原子的核外電子能級結構，每種元素都有自己特定的特征X射線譜，入射深度一般為0.5-5um。2.隨著原子序數增加，產生特征X射線的幾率增加。
用途：通過探測特征X射線能量可以反映樣品中元素組成的變化，進行定量成分分析。
05俄歇電子當高能入射電子與樣品原子發生相互作用后，原子內層電子能級躍遷過程中釋放出來的能量不是以特征X射線的形式釋放，而是用這部分能量把空位層的另一個電子發射出去(或使空位層的外層電子發射出去)，這個被電離出來的電子叫俄歇電子。示意圖如下
a處于激發態的原子;b產生特征X射線;
特點：
1.能量低，只能從樣品小于2nm深度的淺表層逸出。
2.具備樣品原子的特征能量，特別適合做淺表層成分分析，用在俄歇電子能譜儀AES上。
3.分析元素廣，適合除氫氦元素外的所有元素，對輕元素敏感。
4.俄歇電子產額αK與特征X射線的熒光產額ωK關系為αK+ ωK=1。
用途：
特別適合做淺表層成分分析。比如表面物理化學性質的變化(表面吸附、脫附以及表面化學反應)，用于材料組分的確定、純度的檢測、材料尤其是薄膜材料的生長等。
06吸收電子當電子束入射至樣品中時，部分入射電子經歷多次散射作用后既沒有轉變成背散射電子，也沒有穿透樣品，而是在散射過程中將能量消耗殆盡之后，被樣品所吸收，稱之為吸收電子。
特點：1.吸收電子的數量與試樣的厚度、密度和組成試樣的原子序數有關。2.吸收電子信號強度與背散射電子信號強度相反，即背散射電子信號強度弱，則吸收電子信號強度就強，反之亦然，所以吸收電子像的襯度與背散射電子像的襯度相反。
用途：1.可以用其獲取試樣的形貌像和成分像。因為吸收電子像的分辨率不如背散射電子像的分辨率，所以一般很少用于圖像觀察。2.微區定性成分分析，在實際工作中，吸收電子像常用來分析試樣中亞表面的缺陷，如潛在的微裂縫與空洞等。07陰極熒光某些材料，如硫化鋅晶體、半導體、磷光體和熒光粉等，受到高能電子轟擊后，會在紫外和可見光譜區發射長波長光子，這個現象稱為陰極熒光，通過采集、檢測陰極熒光進行成像，可研究該物質的成分和發光信息。
特點：產生陰極熒光的物質主要是那些含有雜質元素或晶格缺陷(如間隙原子、晶格空位等)的絕緣體或半導體
用途：1.用來研究礦物的發光性、所含雜質類型和晶格缺陷等。2.半導體材料中晶體的缺陷、位錯、自由電子和摻雜濃度的變化。3.根據熒光材料的發光情況，研究其材料的均勻性和夾雜物的分布及種類。4.確定試樣中某些微量元素的存在，特別是那些濃度接近和略低于能譜儀檢測限的元素。
