什麼是SEM（掃描式電子顯微鏡）
以細聚焦的電子束掃描試樣表面，偵測射出的二次電子或背向散射電子，觀察表面形貌或成分差異的顯微鏡。
日文名稱: SEM(走査電子顕微鏡)
「SEM（掃描式電子顯微鏡）」出現在2領域的4道練習題中（材料分析(SEM、TEM、XRD、XPS), 破壞力學與疲勞等）。
這個名詞所屬的領域: 材料分析(SEM、TEM、XRD、XPS)
成像的機制
在SEM中，將加速到數kV〜30 kV左右的電子束聚焦到數nm，掃描試樣表面。把電子束照射處射出的二次電子或背向散射電子的量，與掃描同步以亮度顯示，就形成影像。與光學顯微鏡相比，解析度高（數nm左右）、景深深，因此凹凸大的破斷面或粉末也能以全體對焦的立體影像觀察。試樣需要導電性，絕緣物要薄薄蒸鍍金屬或碳，或以低加速電壓觀察。
二次電子影像與背向散射電子影像
二次電子的能量在50 eV以下而很低，只能從表面數nm的深度逸出，因此成為強烈反映表面傾斜與邊緣的形貌影像。背向散射電子是入射電子被原子散射而返回者，能量高，從更深的區域射出。背向散射電子的量隨原子序增大而增多，因此成為重元素部分較亮的成分影像，也能得到晶體方向造成的通道效應對比。比對兩種影像，就能區分形貌與成分的差異。
元素分析與晶體方位
電子束照射時，也會射出具有元素固有能量的特性X光。以EDS或WDS分析它，就能得知點、線、面上的元素分布。特性X光從電子擴散的約1 µm區域射出，因此要注意元素分析的空間解析度比影像的解析度差得多。將試樣大幅傾斜並解析背向散射電子繞射圖樣的EBSD，可像地圖般得到各晶粒的方位、晶界的性質與相的分布，有助於評估織構與再結晶。
在失效分析中的用法
在失效分析中，以破斷面觀察區分延性破壞的窩穴、疲勞的疲勞紋、脆性破壞的劈裂面等，以推定破壞原因。在斷面觀察中，以研磨、離子研磨或FIB做出斷面，調查導線的孔洞、銲料接合部的介金屬化合物、膜的剝離等。在異物分析中以EDS確認元素，有助於推定發生源。也要注意電子束造成的帶電、試樣損傷與汙染（碳的附著），選擇加速電壓與電流等條件。
練習SEM（掃描式電子顯微鏡）的題目
SEM二次電子影像與背向散射電子影像的特徵，下列何者正確？
- A二次電子主要呈現表面的凹凸，背向散射電子主要呈現原子序造成的成分差異
- B二次電子影像主要呈現原子序的差異，背向散射電子影像主要呈現表面的凹凸
- C二次電子與背向散射電子都同樣從試樣深數µm處射出，因此兩種影像沒有差異
查看答案與解析
正確答案：A. 二次電子主要呈現表面的凹凸，背向散射電子主要呈現原子序造成的成分差異
二次電子是能量在50 eV以下的低能電子，只能從試樣表面數nm左右的深度逸出。因此強烈受到表面傾斜、凹凸與邊緣的影響，得到具立體感的形貌影像。背向散射電子是入射電子被試樣原子散射而返回者，能量高，從更深的區域射出。背向散射電子的量隨原子序增大而增多，因此可得到重元素部分較亮的成分影像。認為二次電子影像表示原子序差異、背向散射電子影像表示表面凹凸的選項，把兩者的角色弄反了，逸出深度相同也是錯誤的。在失效分析中，會比對兩種影像來尋找異物或析出物。
以SEM或EPMA分析特性X光的EDS（能量散布式）與WDS（波長散布式）的比較，下列何者正確？
- AEDS不使用分光晶體，因此能量解析度較高，較容易分離彼此重疊的峰
- BWDS的能量解析度較高，EDS能在短時間內同時量測許多元素
- CWDS不必移動分光晶體，以1個偵測器同時量測所有元素，因此比EDS快
常見問題
SEM與TEM有什麼不同？
SEM以表面射出的電子觀察表面的形貌或成分，試樣厚也沒關係。TEM以穿透薄片的電子，在原子等級觀察內部的晶體結構與缺陷。
要以SEM觀察絕緣物該怎麼做？
蒸鍍數nm的金、鉑、碳等使其具有導電性，或使用不易帶電的低加速電壓，或使用在試樣室導入氣體的低真空模式。
SEM的解析度大約是多少？
使用場發射式電子槍的儀器可達1 nm左右，但會隨試樣、加速電壓與偵測器改變。以EDS進行元素分析的解析度粗得多，有時約為1 µm。
解析中的「SEM（掃描式電子顯微鏡）」
EDS以半導體偵測器直接量測X光的能量，因此能在短時間內同時取得所有元素的峰，可簡便地安裝在SEM上。
以SEM或EPMA分析特性X光的EDS（能量散布式）與WDS（波長散布式）的比較，下列何者正確？調查深數µm的平均成分，是SEM的EDS等的角色。
XPS（X光光電子能譜）的偵測深度與由此得到的資訊，下列何者正確？
出現「SEM（掃描式電子顯微鏡）」的題目（4題）
相關名詞
EDS（能量散布式X光能譜法） 回火 XPS（X光光電子能譜法） 布拉格定律 消光規則 謝樂公式 SIMS（二次離子質譜法） XRD（X光繞射）