走査型電子顕微鏡
光学顕微鏡の光源にあたるSEMの電子線源(電子銃)には幾つか方式がある。以前はタングステンヘアピンや六ホウ化ランタン(LaB6)の熱電子銃を備えたものが多かったが、現在は電界放射型(field emission、FE)のものも普及してきている。これは陰極(冷陰極)に高電圧を印加し、直下の第一陽極によって電子線を加速、続く第二陽極以降で電子線束を制御するものである。FEは熱電子銃と比較して解像度が高く高倍率での観察が可能であり、フィラメント(プローブ)の寿命が長いという利点がある。一方、低倍率観察においては、大電流が得られる熱電子銃の像質がFEを上回ることもある。FEを用いたSEMはFE-SEMなどと呼ばれる。
電子線が試料に当たると、二次電子の放出など様々な現象が起こる。試料から発せられるこれらの信号は検出器で検出され、光電子増倍管による増幅を経てCRTに送られる。CRTでは信号量の違いによりその輝度を変調する。TEMの場合は電子線を蛍光板に当てて蛍光を直接観察するが、SEMでは輝度変調信号の処理結果が像としてディスプレイに表示され、これを観察することになる。SEMの像表示は内部処理を経ているぶんだけ時間差があり、観察点の移動や倍率変更がタイムラグを伴うという欠点がある。逆に信号処理を調節することで、加速電圧などの観察条件を変更せずに観察像の輝度やコントラストを変えられるというメリットがある。
二次電子は等方的に発するので電界をかけて収集し、電荷量を輝度とする。画像の見え方は、入射ビームに対して垂直な面ほど輝度が低くなり、また、とがった部分ほど輝度が高くなる(エッジ効果)。