掃描電子顯微鏡的電子束不穿過樣品，僅以電子束盡量聚焦在樣本的一天文望遠鏡小塊地方，然後一行一行地掃描樣本。入射的電子導致樣本表面被激發出次級電子。顯微鏡觀察的是這些每個點散射出來的電子，放在樣品旁的閃爍晶體接收這些次級電子，通過放大後調制顯像管的電子束強度，從而改變顯像管熒光屏上的亮度。圖像為立體形像，反映了標本的表面結構。

顯像管的偏轉線圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像，這與工業電視機的工作原理相類似。由於這樣的顯微鏡中電子不必透射樣本，因此其電子加速的電壓不必非常高。

掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定於樣品表面上電子束的直徑。放大倍數是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續地變化到幾十萬倍。掃顯微鏡描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強的立體感；能利用電子束與物質相互作用而產生放大鏡的次級電子、吸收電子和X射線等信息分析物質成分。

掃描電子顯微鏡的制造是依據電子與物質的相互作用。當一束高能的人射電子轟擊物質表面時，被激發的區域將產生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區域產生的電磁輻射。同時，也可產生電子-空穴對望遠鏡、晶格振動（聲子）、電子振蕩（等離子體）。


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