掃描電子顯微鏡的制造是依據(jù)電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)一束高能的人射電子轟擊物質(zhì)表面時(shí)，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子 、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。同時(shí)，也可產(chǎn)生電子-空穴對(duì)、晶格振 動(dòng) (聲子)、電子振蕩 (等離子體)。原則上講，利用電子和物質(zhì)的相互作用，可以獲取被測(cè)樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，如形貌、 組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場(chǎng)或磁場(chǎng)等等。

 電子源發(fā)射的電子束經(jīng)過(guò)電磁透鏡的電子光學(xué)通路聚焦，電子源的直徑被縮小到納米尺度的電子束斑，與顯示器掃描同步的電子光學(xué)鏡筒中的 掃描線圈控制電子束，在樣品表面一定微小區(qū)域內(nèi)，逐點(diǎn)逐行掃描。電子束與樣品相互作用，從樣品中發(fā)射的具有成像反差的信號(hào)，由一個(gè)適 當(dāng)?shù)膱D像探測(cè)器逐點(diǎn)收集，并將信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器和視頻放大器,用調(diào)制解調(diào)電路調(diào)制顯示器上相對(duì)應(yīng)顯示像素的亮度，形成我們?nèi)祟愑^察習(xí) 慣的，反映樣品二維形貌的圖像或者其他可以理解的反差機(jī)制圖像。由于圖像顯示器的像素尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子束斑尺寸，(0.1mm/1nm=100,000 倍)而且顯示器的像素尺寸小于等于人類肉眼通常的分辨率，這樣顯示器上的圖像相當(dāng)于把樣品上相應(yīng)的微小區(qū)域進(jìn)行了放大。通過(guò)調(diào)節(jié)掃描線 圈偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以控制電子束在樣品表面掃描區(qū)域的大小，理論上掃描區(qū)域可以無(wú)限小，但可以顯示的圖像有效放大倍數(shù)的限度是掃描電鏡分 辨率的限度。

    模擬圖像掃描系統(tǒng)：樣品上每個(gè)像素模擬信號(hào)直接調(diào)制陰極射線管對(duì)應(yīng)顯示像素的亮度，由于生成一幅高質(zhì)量圖像一般需要數(shù)秒或者數(shù)十 秒/幀，所以模擬電鏡使用慢余輝顯像管終端顯示一幅活圖像，為了便于在顯像管上觀察圖像，需要暗室，操作者可按照一定規(guī)程調(diào)整儀器參數(shù) ，如圖像聚焦，移動(dòng)樣品臺(tái)搜索感興趣區(qū)域，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，亮度對(duì)比度，消象散等從而獲得的圖像質(zhì)量。模擬圖像輸出采用高分辨照相 管，用單反相機(jī)直接逐點(diǎn)記錄在膠片上，然后沖洗相片。自1985年以來(lái)，模擬圖像電鏡已經(jīng)被數(shù)字電鏡取代。

    數(shù)字圖像掃描系統(tǒng)：樣品上每個(gè)像素發(fā)出的成像信號(hào)，被圖像探測(cè)器探測(cè)器后，經(jīng)過(guò)前置放大器，和視頻放大器放大，直接進(jìn)行信號(hào)數(shù)字 化，然后存儲(chǔ)在圖像采集卡的幀存器，形成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)可被電鏡操作軟件讀取，操作者在圖形交互界面(GUI)上對(duì)圖像進(jìn)行調(diào)整控 制，并把調(diào)整好的數(shù)字圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中硬盤中。

    模擬控制是控制信號(hào)不經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件,直接由操作臺(tái)按鍵旋鈕等對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制,屬于人工手動(dòng)控制,控制精度由操作者觀察儀表盤的 變化決定.例如高壓電源,掃描線圈,探測(cè)器電源,電子槍控制，磁透鏡控制,樣品臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制等等。

    數(shù)字控制是所有控制指令輸入到交互控制軟件,然后由計(jì)算機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出精確的數(shù)字指令.絕大部掃描電鏡參數(shù)可實(shí)現(xiàn)了軟件自動(dòng)調(diào)整 ，如自動(dòng)聚焦，亮度對(duì)比度，自動(dòng)消象散，自動(dòng)電子槍發(fā)射飽和，自動(dòng)電子槍對(duì)中，自動(dòng)物鏡光闌合軸等。如果掃描電鏡所檢測(cè)的是同一類形 狀和材質(zhì)的樣品，那么程序自動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)不需要操作人員的任何干預(yù)，從而獲得圖像質(zhì)量，這在半導(dǎo)體芯片制造流水線早已普遍使用 。由于實(shí)驗(yàn)室掃描電鏡所面臨的樣品形狀材質(zhì)種類較多，從成像機(jī)理上差別很大，程序控制往往不盡如人意，獲得好的圖像質(zhì)量，往往需要操 作者對(duì)電鏡參數(shù)進(jìn)行調(diào)整干預(yù)，調(diào)整后的電鏡工作參數(shù)，可以保存成可執(zhí)行控制文件，隨時(shí)供今后分析同一類型樣品時(shí)調(diào)用。

    隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化圖像，而且電鏡所有的功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制。現(xiàn)代掃描電鏡電器控制系統(tǒng) 高度集成化，掃描電鏡結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊湊，自動(dòng)化功能越來(lái)越高，極大改善了人機(jī)操作環(huán)境。