กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน ( SEM ) เป็น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดหนึ่งที่สร้างภาพของตัวอย่างโดยการสแกนพื้นผิวด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ที่โฟกัส อิเล็กตรอนจะทำปฏิกิริยากับอะตอมในตัวอย่าง ทำให้เกิดสัญญาณต่างๆ ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะพื้นผิวและองค์ประกอบ ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกสแกนใน รูปแบบ แรสเตอร์และตำแหน่งของลำแสงจะถูกรวมเข้ากับความเข้มของสัญญาณที่ตรวจพบเพื่อสร้างภาพ ในโหมด SEM ที่พบได้ทั่วไปอิเล็กตรอนทุติยภูมิที่ปล่อยออกมาจากอะตอมที่ถูกกระตุ้นด้วยลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกตรวจจับโดยใช้ตัวตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิ ( ตัวตรวจจับ Everhart–Thornley ) จำนวนอิเล็กตรอนทุติยภูมิที่สามารถตรวจจับได้ และด้วยเหตุนี้ความเข้มของสัญญาณ จึงขึ้นอยู่กับลักษณะพื้นผิวของตัวอย่างเป็นต้น SEM บางชนิดสามารถให้ความละเอียดสูงกว่า 1 นาโนเมตรได้

ตัวอย่างจะถูกสังเกตในสุญญากาศ สูง ใน SEM ทั่วไป หรือในสุญญากาศต่ำหรือสภาวะเปียกใน SEM ความดันแปรผันหรือสิ่งแวดล้อม และที่อุณหภูมิ เยือกแข็ง หรืออุณหภูมิสูงที่ หลากหลายด้วยเครื่องมือเฉพาะทาง^{[ 1 ]}

McMullan ได้นำเสนอเรื่องราวประวัติศาสตร์ยุคแรกของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน^{[ 2 ] [ 3 ]}แม้ว่าMax Knollจะสร้างภาพถ่ายที่มีความกว้างของสนามวัตถุ 50 มม. ที่แสดงความคมชัดของช่องโดยใช้เครื่องสแกนลำแสงอิเล็กตรอน^{[ 4 ]}แต่เป็นManfred von Ardenneที่คิดค้น^{[ 5 ]}กล้องจุลทรรศน์ที่มีความละเอียด สูงในปี 1937 โดยการสแกนแรสเตอร์ขนาดเล็กมากด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่ลดขนาดและโฟกัสอย่างละเอียด ในปีเดียวกันนั้น Cecil E. Hall ยังได้สร้างกล้องจุลทรรศน์แบบเปล่งแสงเครื่องแรกในอเมริกาเหนือเสร็จสมบูรณ์ เพียงสองปีหลังจากได้รับมอบหมายจากหัวหน้างานของเขา EF Burton ที่มหาวิทยาลัยโทรอนโต^{[ 6 ]} Ardenne ประยุกต์ใช้การสแกนลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อพยายามเอาชนะความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) รวมถึงเพื่อลดปัญหาสำคัญเกี่ยวกับความคลาดเคลื่อนของสีที่เกิดขึ้นในการถ่ายภาพจริงใน TEM นอกจากนี้ เขายังได้หารือเกี่ยวกับโหมดการตรวจจับต่างๆ ความเป็นไปได้ และทฤษฎีของ SEM ^{[ 7 ]}พร้อมกับการสร้าง SEM ความละเอียดสูงเครื่องแรก^{[ 8 ]}กลุ่มของ Zworykinได้รายงานผลงานเพิ่มเติม^{[ 9 ]}ตามมาด้วย กลุ่ม เคมบริดจ์ในช่วงทศวรรษ 1950 และต้นทศวรรษ 1960 ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}ซึ่งนำโดยCharles Oatleyซึ่งทั้งหมดนี้นำไปสู่การวางจำหน่ายเครื่องมือเชิงพาณิชย์เครื่องแรกโดยบริษัท Cambridge Scientific Instrument Companyในชื่อ "Stereoscan" ในปี 1965 ซึ่งส่งมอบให้กับ DuPont

สัญญาณที่ใช้โดย SEM ในการสร้างภาพเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงอิเล็กตรอนและอะตอมที่ระดับความลึกต่างๆ ภายในตัวอย่าง สัญญาณหลายประเภทถูกสร้างขึ้น ได้แก่อิเล็กตรอนทุติยภูมิ (SE) อิเล็กตรอนสะท้อนหรืออิเล็กตรอนกระเจิงกลับ (BSE) รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะและแสง ( แคโทดลูมิเนสเซน ซ์ ) (CL) กระแสที่ถูกดูดซับ (กระแสตัวอย่าง) และอิเล็กตรอนที่ส่งผ่าน^{[ 14 ]}การสร้างภาพด้วยอิเล็กตรอนทุติยภูมิและเครื่องตรวจจับอิเล็กตรอนกระเจิงกลับเป็นวิธีการมาตรฐานใน SEM ^{[ 15 ]}แต่สามารถใช้เครื่องตรวจจับเพิ่มเติมเพื่อจับสัญญาณเพิ่มเติมได้ ตัวอย่างเช่น รังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมาสามารถตรวจจับได้ด้วยสเปกโทรเมตรีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน^{[ 16 ]}

อิเล็กตรอนทุติยภูมิมีพลังงานต่ำมาก อยู่ในระดับ 50 eVซึ่งจำกัดระยะทางเฉลี่ย ที่อิเล็กตรอน สามารถเคลื่อนที่ได้ในสสารแข็ง ดังนั้น อิเล็กตรอนทุติยภูมิจึงสามารถหลุดออกมาจากพื้นผิวของตัวอย่างได้เพียงไม่กี่นาโนเมตรเท่านั้น สัญญาณจากอิเล็กตรอนทุติยภูมิมีแนวโน้มที่จะกระจุกตัวอยู่ที่จุดที่ลำแสงอิเล็กตรอนปฐมภูมิกระทบ ทำให้สามารถเก็บภาพพื้นผิวของตัวอย่างได้ด้วยความละเอียดต่ำกว่า 1 นาโนเมตรอิเล็กตรอนกระเจิงกลับ (BSE) คืออิเล็กตรอนจากลำแสงที่สะท้อนจากตัวอย่างโดยการกระเจิงแบบยืดหยุ่นเนื่องจากมีพลังงานสูงกว่าอิเล็กตรอนทุติยภูมิมาก จึงเกิดขึ้นจากตำแหน่งที่ลึกกว่าภายในตัวอย่าง และด้วยเหตุนี้ ความละเอียดของภาพ BSE จึงน้อยกว่าภาพอิเล็กตรอนทุติยภูมิ อย่างไรก็ตาม BSE มักถูกใช้ใน SEM เชิงวิเคราะห์ ร่วมกับสเปกตรัมที่ได้จากรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะ เนื่องจากความเข้มของสัญญาณ BSE มีความสัมพันธ์อย่างมากกับเลขอะตอม (Z) ของตัวอย่าง ภาพ BSE สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัว แต่ไม่ใช่ชนิดของธาตุต่างๆ ในตัวอย่าง ในตัวอย่างที่ประกอบด้วยธาตุเบาเป็นส่วนใหญ่ เช่น ตัวอย่างทางชีววิทยา การถ่ายภาพ BSE สามารถสร้างภาพอิมมูโนเลเบลทองคำคอลลอยด์ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 หรือ 10 นาโนเมตร ซึ่งปกติแล้วจะตรวจจับได้ยากหรือเป็นไปไม่ได้ในภาพอิเล็กตรอนทุติยภูมิ^{[ 17 ]}รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะจะถูกปล่อยออกมาเมื่อลำแสงอิเล็กตรอนกำจัดอิเล็กตรอนในเปลือกชั้นในออกจากตัวอย่าง ทำให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงกว่าเข้ามาเติมเต็มเปลือกและปล่อยพลังงานออกมา พลังงานหรือความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะเหล่านี้สามารถวัดได้โดยสเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงานหรือสเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์แบบกระจายความยาวคลื่นและใช้ในการระบุและวัดปริมาณของธาตุในตัวอย่างและทำแผนที่การกระจายตัวของธาตุเหล่านั้น

เนื่องจากลำแสงอิเล็กตรอนที่แคบมาก ภาพจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) จึงมีความชัดลึก มาก ทำให้ได้ลักษณะสามมิติที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งมีประโยชน์ในการทำความเข้าใจโครงสร้างพื้นผิวของตัวอย่าง^{[ 18 ]}ตัวอย่างเช่น ภาพจุลทรรศน์ของละอองเกสรที่แสดงด้านบน สามารถขยายได้หลากหลายช่วง ตั้งแต่ประมาณ 10 เท่า (เทียบเท่ากับเลนส์ขยายกำลังสูง) ไปจนถึงมากกว่า 500,000 เท่า ซึ่งมากกว่าขีดจำกัดการขยายของกล้องจุลทรรศน์แสงที่ ดีที่สุดประมาณ 250 เท่า

ตัวอย่าง SEM ต้องมีขนาดเล็กพอที่จะวางบนแท่นวางตัวอย่างได้ โดยยึดด้วยสีนำไฟฟ้า สุญญากาศที่ค่อนข้างต่ำ (0.076 ถึง 20 torr ) ของ SEM แบบความดันแปรผันและแบบสิ่งแวดล้อม ช่วยลดความจำเป็นในการทำความสะอาด แม้แต่ตัวอย่างที่มีน้ำหรือฟิล์มน้ำมัน ทำให้สามารถสังเกตได้ในสภาพธรรมชาติ การเตรียมตัวอย่างนั้นเหมือนกับขั้นตอนที่ใช้ในตัวอย่างขัดเงาสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เทคนิค SEM สามารถใช้ตรวจสอบ สภาพ วงจรรวมและจุดยึดได้การลดขนาดทำได้โดยการเอียงตัวอย่างใดๆการเคลือบแบบสปัตเตอร์ใช้เพื่อเคลือบโลหะหรือโลหะผสมบางๆ ลงบนตัวอย่างที่ไม่นำไฟฟ้า[ 19 ^{]วัสดุนำ}ไฟฟ้าที่ใช้ในปัจจุบันสำหรับการเคลือบตัวอย่าง ได้แก่^{ทองคำ}โลหะผสมทองคำ / แพลเลเดียมแพลทินัมอิริเดียมทังสเตนโครเมียมและออสเมียม [ ^{17 ]}ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการเคลือบสำหรับตัวอย่างทางชีวภาพบางชนิดคือการเพิ่มการนำไฟฟ้าโดยรวมของวัสดุโดยการชุบด้วยออสเมียมโดยใช้ วิธี การย้อมสี OTO แบบต่างๆ (O- ออสเมียมเตตระออกไซด์ , T- ไทโอคาร์โบไฮดราไซด์ , O- ออสเมียม ) ^{[ 20 ] [ 21 ]}

เนื่องจากห้องตัวอย่าง SEM อยู่ภายใต้สุญญากาศสูง ตัวอย่าง SEM จึงต้องแห้งสนิทหรือเย็นจัด^{[ 22 ]}วัสดุแข็งและแห้ง เช่น ไม้ กระดูก ขนนก แมลงแห้ง หรือเปลือก (รวมถึงเปลือกไข่^{[ 23 ]} ) สามารถตรวจสอบได้โดยไม่ต้องมีการบำบัดเพิ่มเติมมากนัก แต่เซลล์และเนื้อเยื่อที่มีชีวิต และสิ่งมีชีวิตที่มีร่างกายอ่อนนุ่มทั้งตัว จำเป็นต้องมี การตรึงทางเคมีเพื่อรักษาสภาพและทำให้โครงสร้างคงตัว

โดยปกติแล้ว การตรึงจะทำโดยการบ่มในสารละลายของ สารเคมี ตรึงที่มีบัฟเฟอร์เช่นกลูตารัลดี ไฮด์ บางครั้งอาจใช้ร่วมกับฟอร์มาลดีไฮด์^{[ 22 ] [ 24 ] [ 25 ]}และสารตรึงอื่นๆ^{[ 26 ]}และอาจตามด้วยการตรึงเพิ่มเติมด้วยออสเมียมเตตระออกไซด์^{[ 22 ]}จากนั้นเนื้อเยื่อที่ตรึงแล้วจะถูกทำให้แห้ง เนื่องจากการทำให้แห้งด้วยอากาศทำให้เกิดการยุบตัวและการหดตัว จึงมักทำได้โดยการแทนที่น้ำในเซลล์ด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ เช่นเอทานอลหรืออะซิโตนและแทนที่ตัวทำละลายเหล่านี้ด้วยของเหลวเปลี่ยนผ่าน เช่นคาร์บอนไดออกไซด์ เหลว โดย การทำให้ แห้งที่จุดวิกฤต^{[ 27 ]} ในที่สุด คาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกกำจัดออกไปในขณะที่อยู่ในสถานะวิกฤตยิ่งยวด เพื่อไม่ให้มีส่วนติดต่อ ระหว่างแก๊สและของเหลวอยู่ภายในตัวอย่างในระหว่างการทำให้แห้ง

โดยปกติแล้ว ตัวอย่างแห้งจะถูกยึดติดกับแท่นวางตัวอย่างโดยใช้กาว เช่น เรซินอีพ็อกซีหรือเทปกาวสองหน้าแบบนำไฟฟ้า และเคลือบด้วยทองคำหรือโลหะผสมทองคำ/แพลเลเดียมด้วยวิธีการสปัตเตอร์ก่อนตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ ตัวอย่างอาจถูกตัดเป็นชิ้น (ด้วยเครื่องไมโครโทม ) หากต้องการเปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างระดับจุลภาคภายในของสิ่งมีชีวิตเพื่อการถ่ายภาพ

หาก SEM มีแท่นเย็นสำหรับกล้องจุลทรรศน์ไครโอการตรึง ด้วยความเย็น อาจถูกนำมาใช้ และสามารถทำการสแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่อุณหภูมิต่ำกับตัวอย่างที่ตรึงด้วยความเย็นได้^{[ 22 ]}ตัวอย่างที่ตรึงด้วยความเย็นอาจถูกทำให้แตกด้วยความเย็นภายใต้สุญญากาศในอุปกรณ์พิเศษเพื่อเปิดเผยโครงสร้างภายใน เคลือบด้วยการสปัตเตอร์ และถ่ายโอนไปยังแท่นไครโอของ SEM ในขณะที่ยังคงแช่แข็งอยู่^{[ 28 ]}การสแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่อุณหภูมิต่ำ (LT-SEM) ยังสามารถนำไปใช้กับการถ่ายภาพวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ เช่น น้ำแข็ง^{[ 29 ] [ 30 ]}และไขมัน^{[ 31 ]}

การแช่แข็งแบบแตกตัว (Freeze-fracturing), การแช่แข็งแบบกัดเซาะ (Freeze-etch) หรือการแช่แข็งแล้วแตก (Freeze-and-break) เป็นวิธีการเตรียมตัวอย่างที่มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบเยื่อไขมันและโปรตีนที่ฝังอยู่ภายในในมุมมอง "ด้านหน้า" วิธีการเตรียมตัวอย่างนี้จะเผยให้เห็นโปรตีนที่ฝังอยู่ในชั้นไขมันสองชั้น

ตามที่ Goldstein และคณะกล่าวไว้ว่า "มีหลายวิธีในการตัดชิ้นตัวอย่าง รวมถึงการเลื่อยด้วยใบมีด การเลื่อยด้วยลวด การตัดด้วยวัสดุขัด การแตกหัก (เหมาะสำหรับวัสดุที่เปราะกว่า) การเฉือน การกัดเซาะด้วยประกายไฟ และการตัดด้วยไมโครโทมีพื้นผิวที่จะเตรียมสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคจะถูกขัดเงาโดยใช้วัสดุขัดที่มีขนาดไล่ระดับกัน ตัวอย่างเซรามิกและธรณีวิทยา เช่นเดียวกับโลหะ อาจต้องใช้การกัดกรดเพื่อให้สามารถมองเห็นหรือวิเคราะห์ลักษณะโครงสร้างจุลภาคใน SEM ได้" อย่างไรก็ตาม เส้นทางของลำแสงอิเล็กตรอนจากพื้นผิวตัวอย่างไปยังกราวด์ต้องไม่ขาดตอนเพื่อให้แน่ใจว่าตัวอย่างจะไม่ทำหน้าที่เหมือนกระจกอิเล็กตรอนเมื่อประจุสะสมมากพอเท่ากับประจุของลำแสงตกกระทบ ซึ่งเรียกว่า "การเกิดประจุ" ตามที่ Goldstein และคณะกล่าวไว้ว่า "วิธีที่ดีที่สุดและง่ายที่สุดในการแก้ปัญหาการเกิดประจุคือการเคลือบชั้นโลหะบางๆ บนพื้นผิวของตัวอย่าง" ซึ่งทำได้โดยการเคลือบด้วยการระเหยในสุญญากาศหรือการเคลือบแบบสปัตเตอร์ สำหรับธาตุที่มีเลขอะตอม 8 ถึง 20 มีเพียงคาร์บอน อะลูมิเนียม และโครเมียมเท่านั้นที่เป็นวัสดุเคลือบที่เหมาะสม^{[ 19 ] : 539–545, 648–669}

FIBมีลักษณะคล้ายกับ SEM แต่ใช้ไอออนประจุบวกแทนอิเล็กตรอน นอกจากการสร้างภาพแล้ว FIB ยังสามารถใช้สำหรับการตัดที่แม่นยำ การกัด หรือการฝากวัสดุตัวนำบนพื้นผิวตัวอย่างได้อีกด้วย^{[ 19 ] : 553}

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ประกอบด้วยคอลัมน์อิเล็กตรอน พร้อมด้วยปืนอิเล็กตรอน เลนส์อิเล็กตรอน และปั๊มสุญญากาศ รวมถึงคอนโซลควบคุมที่มีหน้าจอแสดงผลและตัวควบคุมลำแสงอิเล็กตรอน ปืนอิเล็กตรอนสร้างและเร่งความเร็วอิเล็กตรอนระหว่าง 0.1 ถึง 30 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ เลนส์อิเล็กตรอนจะโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนให้มีขนาดเล็กกว่า 10 นาโนเมตรที่ตัวอย่าง ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับชิ้นงานที่ความลึกประมาณ 1 ไมโครเมตรทำให้เกิดสัญญาณที่ใช้สำหรับการสร้างภาพแบบจุดต่อจุด ขดลวดเบี่ยงเบนจะกวาดลำแสงอิเล็กตรอนไปทั่วชิ้นงานใน ลักษณะ การสแกนแบบแรสเตอร์โดยอิเล็กตรอนที่กระเจิงกลับและอิเล็กตรอนทุติยภูมิจะถูกรวบรวมโดยตัวตรวจจับอิเล็กตรอน ทำให้เกิดภาพที่สามารถประมวลผลและแสดงผลแบบดิจิทัลได้ ความคมชัดและการมองเห็นรายละเอียดถูกควบคุมโดยขนาดของหัววัดอิเล็กตรอน กระแสหัววัดอิเล็กตรอน มุมการบรรจบกันของหัววัดอิเล็กตรอน และแรงดันเร่งลำแสงอิเล็กตรอน ตามที่ Goldstein และคณะกล่าวไว้ว่า "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนรุ่นเก่าส่วนใหญ่ใช้ตัวปล่อยอิเล็กตรอนแบบเทอร์ มิออนิ _กทังสเตนหรือLaB6 แต่กล้องจุลทรรศน์รุ่นใหม่ๆ มักติดตั้ง แหล่ง กำเนิดอิเล็กตรอนแบบเย็น แบบความร้อน หรือแบบสนาม Schottly มากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากให้ประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานที่ดียิ่งขึ้น" ^{[ 19 ] : 21–60}

กำลังขยายใน SEM สามารถควบคุมได้ในช่วงประมาณ 6 ระดับตั้งแต่ประมาณ 10 ถึง 3,000,000 เท่า^{[ 32 ]} การเปลี่ยนกำลังขยายทำได้โดยการปรับความยาวของการสแกนบนชิ้นงาน โดยกำลังขยายที่สูงขึ้นจะต้องการพื้นที่ตัวอย่างหรือพิกเซลที่ เล็กลง ^{[ 19 ] : 108–113}

โหมดการถ่ายภาพที่พบได้บ่อยที่สุดคือการรวบรวมอิเล็กตรอนทุติยภูมิพลังงานต่ำ (<50 eV) ที่ถูกปล่อยออกมาจากแถบนำไฟฟ้าหรือแถบวาเลนซ์ของอะตอมตัวอย่างโดยปฏิกิริยาการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นกับอิเล็กตรอนลำแสง เนื่องจากมีพลังงานต่ำ อิเล็กตรอนเหล่านี้จึงมาจากภายในไม่กี่นาโนเมตรใต้พื้นผิวตัวอย่าง^{[ 18 ]}อิเล็กตรอนจะถูกตรวจจับโดย ตัวตรวจ จับEverhart–Thornley ^{[ 33 ]}ตามที่ Goldstein และคณะกล่าวไว้ว่า "การพัฒนาตัวตรวจจับ ET ทำให้สามารถใช้ประโยชน์จากสัญญาณอิเล็กตรอนทุติยภูมิ/กระเจิงกลับที่มีมากมายได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นครั้งแรก ด้วยมุมการเก็บรวบรวมขนาดใหญ่ อัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์สูง เสียงรบกวนต่ำ และประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งและบำรุงรักษาง่าย" แสงจะถูกปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอนพลังงานสูงกระทบกับ วัสดุ เรือง แสง ซึ่งถูกนำผ่านตัวนำแสงไปยังโฟโตมัลติพลายเออ ร์ ซึ่งให้การขยายสูง การลดทอนเสียงรบกวนน้อย แบนด์วิดท์สูง และอัตราการตอบสนองที่รวดเร็ว^{[ 19 ] : 128–129}

อิเล็กตรอนกระเจิงกลับ (BSE) ประกอบด้วยอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่มาจากลำแสงอิเล็กตรอน ซึ่งสะท้อนหรือกระเจิงกลับออกจากปริมาตรการปฏิสัมพันธ์ของตัวอย่างโดยปฏิกิริยาการกระเจิงแบบยืดหยุ่นกับอะตอมของตัวอย่าง เนื่องจากธาตุหนัก (เลขอะตอมสูง) กระเจิงอิเล็กตรอนกลับได้แรงกว่าธาตุเบา (เลขอะตอมต่ำ) และจึงปรากฏสว่างกว่าในภาพ BSE จึงถูกใช้เพื่อตรวจจับความแตกต่างระหว่างพื้นที่ที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน^{[ 18 ]}ตามที่ Goldstein et al กล่าวไว้ว่า "เมื่อตัวตรวจจับ ET ถูกไบแอสเป็นลบ จะตรวจจับเฉพาะอิเล็กตรอนกระเจิงกลับเท่านั้น อิเล็กตรอนทุติยภูมิทั้งหมดจะถูกปฏิเสธ รวมถึงอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่างในทิศทางของตัวตรวจจับ ET ภายในมุมตันของเส้นสายตาสำหรับการรวบรวมทางเรขาคณิตโดยตรง ตัวตรวจจับอิเล็กตรอนกระเจิงกลับโดยเฉพาะได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มมุมตันของการรวบรวมให้มากขึ้น" ซึ่งรวมถึงเครื่องตรวจจับอิเล็กตรอนกระเจิงกลับแบบพาสซีฟ Scintillator, เครื่องตรวจจับการแปลงอิเล็กตรอนกระเจิงกลับเป็นอิเล็กตรอนทุติยภูมิ และเครื่องตรวจจับไดโอดโซลิดสเตท^{[ 19 ] : 129–133}

อิเล็กตรอนที่กระเจิงกลับยังสามารถใช้สร้าง ภาพ การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนที่กระเจิงกลับ (EBSD) ซึ่งสามารถใช้กำหนดโครงสร้างผลึกของตัวอย่างได้^{[ 19 ] : 10}

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ที่ใช้การเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าและการเก็บประจุถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดลักษณะการทำงานทางไฟฟ้าของวงจรรวมและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ การเก็บประจุใช้กระแสหรือแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในชิ้นงานโดยลำแสงอิเล็กตรอนกระแสที่เหนี่ยวนำโดย ลำแสงอิเล็กตรอน (EBIC) ใช้ในการศึกษาSchottky barriers , diffused และ ion - implanted pn junctions ^{[ 19 ] : 546}

แคโทดลูมิเนสเซนซ์สามารถใช้ตรวจจับสิ่งเจือปนในแร่ธาตุ หรือการมีอยู่ของคู่อิเล็กตรอน-โฮลส่วนเกินในสารกึ่งตัวนำได้^{[ 19 ] : 16} แคโทดลูมิเนสเซนซ์คือการปล่อยแสงเมื่ออะตอมที่ถูกกระตุ้นด้วยอิเล็กตรอนพลังงานสูงกลับคืนสู่สถานะพื้นฐาน ซึ่งคล้ายคลึงกับ ฟลูออเรสเซนซ์ ที่ เกิดจาก รังสียูวีและวัสดุบางชนิด เช่น ซิงค์ซัลไฟด์และสีย้อมเรืองแสงบางชนิด แสดงปรากฏการณ์ทั้งสองอย่าง ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา แคโทดลูมิเนสเซนซ์มักพบเห็นได้ทั่วไปในรูปของการปล่อยแสงจากพื้นผิวด้านในของหลอดรังสีแคโทดในโทรทัศน์และจอ CRT ของคอมพิวเตอร์ ใน SEM ตัวตรวจจับ CL จะรวบรวมแสงทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่าง หรือสามารถวิเคราะห์ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่างและแสดงสเปกตรัม การปล่อยแสง หรือภาพการกระจายของแคโทดลูมิเนสเซนซ์ที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่างในสีจริง

รังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะที่เกิดจากการปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับตัวอย่างอาจตรวจพบได้ใน SEM ที่ติดตั้งสำหรับการวิเคราะห์สเปกตรัมรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงานหรือการวิเคราะห์สเปกตรัมรังสีเอกซ์แบบกระจายความยาวคลื่น การวิเคราะห์สัญญาณรังสีเอกซ์อาจใช้ในการทำแผนที่การกระจายและประมาณความอุดมสมบูรณ์ของธาตุในตัวอย่าง^{[ 19 ] : 297–353}

งานวิจัยจำนวนมากที่ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ได้รับการสนับสนุนจากเทคนิคระดับนาโนอื่นๆ ที่เสริมกัน เช่น กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และโหมดการสร้างภาพทางไฟฟ้า วิธีการเหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่นอกเหนือไปจากลักษณะทางกายภาพของพื้นผิว ตัวอย่างเช่นAFMสามารถตรวจสอบลักษณะพื้นผิวของตัวอย่างในระดับนาโนเมตรโดยใช้ปลายแหลมในโหมดสัมผัสหรือโหมดแตะAFM แบบนำไฟฟ้า (C-AFM)ช่วยให้สามารถสร้างแผนที่การนำไฟฟ้าเฉพาะที่ ซึ่งมีประโยชน์ในการศึกษาวัสดุสวิตช์ความต้านทานและสารกึ่งตัวนำกล้องจุลทรรศน์แรงโพรบเคลวิน (KPFM)วัดการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าของพื้นผิว ซึ่งมีคุณค่าสำหรับการวิเคราะห์การกระจายประจุในวัสดุอิเล็กทรอนิกส์หรือวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อใช้ร่วมกับ SEM เทคนิคเหล่านี้จะช่วยให้เข้าใจคุณสมบัติทั้งด้านโครงสร้างและด้านการทำงานของวัสดุได้อย่างครอบคลุม

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ไม่ใช่กล้องถ่ายรูปและตัวตรวจจับไม่ได้สร้างภาพอย่างต่อเนื่องเหมือนกับ อาร์เรย์ CCDหรือฟิล์มต่างจากระบบออปติคอล ความละเอียดไม่ได้ถูกจำกัดด้วยขีดจำกัดการเลี้ยวเบนความละเอียดของเลนส์หรือกระจก หรือความละเอียดของอาร์เรย์ตัวตรวจจับ เลนส์โฟกัสอาจมีขนาดใหญ่และหยาบ และตัวตรวจจับอิเล็กตรอนแบบสแกนมีขนาดเท่ากำมือและตรวจจับกระแสไฟฟ้าเท่านั้น แต่ความละเอียดเชิงพื้นที่ของ SEM ขึ้นอยู่กับขนาดของจุดอิเล็กตรอน ซึ่งขึ้นอยู่กับทั้งความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนและระบบอิเล็กตรอนออปติคอลที่สร้างลำแสงสแกน ความละเอียดยังถูกจำกัดด้วยขนาดของปริมาตรการปฏิสัมพันธ์ ซึ่งเป็นปริมาตรของวัสดุตัวอย่างที่ทำปฏิกิริยากับลำแสงอิเล็กตรอน ทั้งขนาดจุดและปริมาตรการปฏิสัมพันธ์มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างอะตอม ดังนั้นความละเอียดของ SEM จึงไม่สูงพอที่จะสร้างภาพอะตอมแต่ละตัวได้ เหมือนกับที่ทำได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) อย่างไรก็ตาม SEM ก็มีข้อดีที่ชดเชยได้ เช่น ความสามารถในการสร้างภาพพื้นที่ขนาดใหญ่ของตัวอย่างได้ ความสามารถในการสร้างภาพวัสดุจำนวนมาก (ไม่ใช่แค่ฟิล์มบางหรือฟอยล์) และโหมดการวิเคราะห์ที่หลากหลายสำหรับการวัดองค์ประกอบและคุณสมบัติของตัวอย่าง ขึ้นอยู่กับเครื่องมือ ความละเอียดอาจอยู่ระหว่างน้อยกว่า 1 นาโนเมตรถึง 20 นาโนเมตร ณ ปี 2552 SEM แบบดั้งเดิมที่มีความละเอียดสูงสุดในโลก (≤30 kV) สามารถให้ความละเอียดจุดได้ถึง 0.4 นาโนเมตรโดยใช้ตัวตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิ^{[ 34 ]}

SEM แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องถ่ายภาพตัวอย่างภายใต้สภาวะสุญญากาศเนื่องจากบรรยากาศของก๊าซจะกระจายและลดทอนลำแสงอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ตัวอย่างที่สร้างไอระเหย จำนวนมาก เช่น ตัวอย่างทางชีวภาพที่เปียกหรือหินที่มีน้ำมัน จะต้องทำให้แห้งหรือแช่แข็งด้วยความเย็นจัด กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะเช่น การแห้งของกาวหรือการหลอมโลหะผสมการขนส่งของเหลว ปฏิกิริยาเคมี และระบบของแข็ง-อากาศ-ก๊าซ โดยทั่วไปไม่สามารถสังเกตได้ด้วย SEM สุญญากาศสูงแบบดั้งเดิม ใน SEM สิ่งแวดล้อม (ESEM) ห้องจะถูกดูดอากาศออก แต่ไอน้ำจะยังคงอยู่ใกล้กับความดันอิ่มตัว และความดันที่เหลือจะยังคงค่อนข้างสูง ซึ่งช่วยให้สามารถวิเคราะห์ตัวอย่างที่มีน้ำหรือสารระเหยอื่นๆ ได้ ด้วย ESEM ทำให้สามารถสังเกตแมลงที่มีชีวิตได้^{[ 35 ]}

การพัฒนาเชิงพาณิชย์ครั้งแรกของ ESEM ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ^{[ 36 ] [ 37 ]}ทำให้สามารถสังเกตตัวอย่างในสภาพแวดล้อมก๊าซที่มีความดันต่ำ (เช่น 1–50 Torrหรือ 0.1–6.7 kPa) และความชื้นสัมพัทธ์ สูง (สูงถึง 100%) ซึ่งเป็นไปได้ด้วยการพัฒนาตัวตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิ^{[ 38 ] [ 39 ]}ที่สามารถทำงานได้ในสภาวะที่มีไอน้ำ และโดยการใช้ช่องเปิดจำกัดความดันพร้อมการปั๊มแบบแยกส่วนในเส้นทางของลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อแยกบริเวณสุญญากาศ (รอบปืนและเลนส์) ออกจากห้องตัวอย่าง ESEM เชิงพาณิชย์เครื่องแรกผลิตโดย ElectroScan Corporation ในสหรัฐอเมริกาในปี 1988 ElectroScan ถูกซื้อกิจการโดย Philips (ซึ่งต่อมาขายแผนกอิเล็กตรอนออปติกให้กับ FEI Company) ในปี 1996 ^{[ 40 ]}

ESEM มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะและวัสดุชีวภาพ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเคลือบด้วยคาร์บอนหรือทองคำพลาสติกและอีลาสโตเมอร์ ที่ไม่เคลือบ สามารถตรวจสอบได้เป็นประจำ เช่นเดียวกับตัวอย่างชีวภาพที่ไม่เคลือบ ซึ่งเป็นประโยชน์เพราะการเคลือบอาจยากต่อการย้อนกลับ อาจบดบังคุณลักษณะเล็กๆ บนพื้นผิวของตัวอย่าง และอาจลดคุณค่าของผลลัพธ์ที่ได้รับ การวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ทำได้ยากเมื่อมีการเคลือบด้วยโลหะหนัก ดังนั้นจึงมีการใช้การเคลือบด้วยคาร์บอนเป็นประจำใน SEM แบบดั้งเดิม แต่ ESEM ทำให้สามารถทำการวิเคราะห์ไมโครด้วยรังสีเอกซ์บนตัวอย่างที่ไม่นำไฟฟ้าที่ไม่เคลือบได้ อย่างไรก็ตาม อาจมีสิ่งผิดปกติเฉพาะของ ESEM เกิดขึ้นในการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ ESEM อาจเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนกับตัวอย่างเฉพาะจากคดีอาญาหรือคดีแพ่ง ซึ่งการวิเคราะห์ทางนิติวิทยาศาสตร์อาจต้องทำซ้ำโดยผู้เชี่ยวชาญหลายคน สามารถศึกษาตัวอย่างในของเหลวด้วย ESEM หรือด้วยวิธีการกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในเฟสของเหลว อื่นๆ ได้ ^{[ 41 ]}

SEM ยังสามารถใช้ในโหมดการส่งผ่านได้โดยการรวมตัวตรวจจับที่เหมาะสมไว้ใต้ส่วนตัวอย่างบางๆ^{[ 42 ]}มีตัวตรวจจับสำหรับสนามสว่าง สนามมืด รวมถึงตัวตรวจจับแบบแบ่งส่วนสำหรับสนามกลางไปจนถึงสนามมืดแบบวงแหวนมุมสูงแม้จะมีความแตกต่างกันในด้านเครื่องมือ แต่เทคนิคนี้ก็ยังคงถูกเรียกโดยทั่วไปว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านแบบสแกน (STEM )

นับตั้งแต่ปี 2016 เป็นต้นมา ความสนใจในการใช้ SEM ในโหมดการส่งผ่านสำหรับการวิเคราะห์สเปกตรัมการสูญเสียพลังงานอิเล็กตรอน (EELS) ได้เพิ่มมากขึ้น โดยได้รับการบุกเบิกจาก Hitachi และกลุ่ม Gauvin ที่มหาวิทยาลัย McGill ^{[ 43 ]}ทำให้การทำแผนที่องค์ประกอบด้วย SEM-EELS บนชิ้นงานบางๆ เป็นไปได้แล้ว พร้อมทั้งลดความเสียหายจากลำแสงในวัสดุลิเธียมเนื่องจากพลังงานลำแสงที่ต่ำกว่าช่วยลดความเสียหายจากการกระแทก ในปี 2025 นักวิทยาศาสตร์จาก MIT ได้แสดงให้เห็นว่าการวิเคราะห์ EELS บนชิ้นงานบางๆ สามารถทำได้ใน SEM ที่ได้รับการดัดแปลงใดๆ ในช่วงพลังงาน 1-20 keV ^{[ 44 ]}

SEM มักใช้ในนิติวิทยาศาสตร์สำหรับการวิเคราะห์ขยายของสิ่งที่มีขนาดเล็กมาก เช่นไดอะตอมและคราบเขม่าดินปืนเนื่องจาก SEM เป็นแรงที่ไม่ทำลายตัวอย่าง จึงสามารถใช้ในการวิเคราะห์หลักฐานโดยไม่ทำให้เสียหาย SEM ยิงลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงไปยังตัวอย่าง ซึ่งจะสะท้อนออกจากตัวอย่างโดยไม่เปลี่ยนแปลงหรือทำลายตัวอย่าง นี่เป็นสิ่งที่ดีมากเมื่อพูดถึงการวิเคราะห์ไดอะตอม เมื่อคนเสียชีวิตจากการจมน้ำ พวกเขาจะสูดน้ำเข้าไป ซึ่งทำให้สิ่งที่อยู่ในน้ำ (ไดอะตอม) เข้าสู่กระแสเลือด สมอง ไต และส่วนอื่นๆ ไดอะตอมเหล่านี้ในร่างกายสามารถขยายได้ด้วย SEM เพื่อกำหนดชนิดของไดอะตอม ซึ่งช่วยในการทำความเข้าใจว่าบุคคลนั้นเสียชีวิตอย่างไรและที่ไหน โดยใช้ภาพที่สร้างโดย SEM นักวิทยาศาสตร์นิติวิทยาศาสตร์สามารถเปรียบเทียบชนิดของไดอะตอมเพื่อยืนยันแหล่งน้ำที่บุคคลนั้นเสียชีวิตได้^{[ 45 ]}

การวิเคราะห์คราบเขม่าดินปืน (GSR) สามารถทำได้ด้วยเครื่องมือวิเคราะห์หลายชนิด^{[ 46 ]}แต่ SEM เป็นวิธีทั่วไปในการวิเคราะห์สารประกอบอนินทรีย์ เนื่องจากสามารถวิเคราะห์ประเภทของธาตุ (ส่วนใหญ่เป็นโลหะ) ได้อย่างละเอียดผ่านตัวตรวจจับสามตัว ได้แก่ ตัวตรวจจับอิเล็กตรอนกระเจิงกลับ ตัวตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิ และตัวตรวจจับรังสีเอ็กซ์สามารถเก็บ GSR จากที่เกิดเหตุ เหยื่อ หรือผู้ยิง และวิเคราะห์ด้วย SEM ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุความใกล้ชิดและ/หรือการสัมผัสกับอาวุธปืนที่ถูกยิงได้^{[ 46 ]}

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไม่ได้สร้างภาพสีโดยธรรมชาติ ตัวตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิจะสร้างค่าเดียวต่อพิกเซลซึ่งสอดคล้องกับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวตรวจจับได้รับในช่วงเวลาสั้น ๆ เมื่อลำแสงถูกกำหนดเป้าหมายไปยังตำแหน่งพิกเซล (x, y) สำหรับแต่ละพิกเซล ค่าเดียวนี้จะถูกแทนด้วยระดับสีเทา ทำให้เกิดภาพขาวดำ^{[ 47 ]}อย่างไรก็ตาม สามารถใช้วิธีการหลายวิธีเพื่อให้ได้ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสี^{[ 48 ]}

• ในภาพองค์ประกอบพื้นผิวเรียบ (โดยทั่วไปคือ BSE):

วิธีที่ง่ายที่สุดในการหาสีคือการแทนที่ระดับสีเทาแต่ละระดับด้วยสีที่กำหนดโดยใช้ตารางค้นหาสีวิธีนี้เรียกว่า การสร้างภาพ สีเท็จและสามารถช่วยแยกแยะเฟสของตัวอย่างที่มีคุณสมบัติหรือองค์ประกอบที่คล้ายคลึงกันได้^{[ 49 ]}

• สำหรับภาพที่มีพื้นผิวเป็นลวดลาย:

นอกเหนือจากการแทนที่ระดับสีเทาแต่ละระดับด้วยสีโดยตรงแล้ว การสังเกตตัวอย่างด้วยลำแสงเฉียงช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างภาพภูมิประเทศโดยประมาณได้ (ดูเพิ่มเติมในหัวข้อ"การเรนเดอร์ 3 มิติเชิงโฟโตเมตริกจากภาพ SEM ภาพเดียว" ) จากนั้นสามารถนำภาพภูมิประเทศดังกล่าวไปประมวลผลด้วยอัลกอริธึมการเรนเดอร์ 3 มิติ เพื่อให้ได้ภาพพื้นผิวที่ดูเป็นธรรมชาติมากขึ้น

• 
  พื้นผิวของนิ่วในไต
• 
  เช่นเดียวกันหลังจากประมวลผลสีใหม่จากภูมิประเทศที่คาดการณ์ไว้
• 
  ภาพถ่าย SEM ของดิสโคสเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงทางไดอะเจเนซิส
• 
  ภาพเดียวกันหลังจากปรับสีในลักษณะเดียวกัน

ภาพ SEM ที่เผยแพร่มักจะถูกแต่งสีเทียม^{[ 49 ]}ซึ่งอาจทำเพื่อความสวยงาม เพื่อทำให้โครงสร้างชัดเจนขึ้น หรือเพื่อเพิ่มลักษณะที่สมจริงให้กับตัวอย่าง และโดยทั่วไปแล้วจะไม่เพิ่มข้อมูลเกี่ยวกับตัวอย่าง^{[ 50 ]}

การระบายสีอาจทำได้ด้วยตนเองโดยใช้ซอฟต์แวร์แก้ไขภาพ หรือแบบกึ่งอัตโนมัติโดยใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะโดยใช้การตรวจจับคุณลักษณะหรือการแบ่งส่วนตามวัตถุ^{[ 51 ]}

หรืออีกทางหนึ่ง เมื่อมีข้อมูลเพิ่มเติมจากเครื่องตรวจจับอื่นๆ เช่นEDX , EBSD , ECCIหรือแคโทดลูมิเนสเซนซ์ ก็สามารถรวมเข้าด้วยกันเป็นช่องสีเพื่อให้ได้ข้อมูลวัสดุที่หลากหลายในภาพความละเอียดสูงภาพเดียว^{[ 52 ]}

• 
  ภาพ SEM ของCobaea สแกนเรณู
• 
  ผลลัพธ์ที่ได้ก็เหมือนกันหลังจากทำการระบายสีแบบกึ่งอัตโนมัติ สีที่กำหนดขึ้นเองช่วยในการระบุองค์ประกอบต่างๆ ของโครงสร้างได้
• 
  ภาพถ่าย SEM สีของละอองเรณูและเกสรตัวผู้ของ Tradescantia
• 
  ภาพถ่าย SEM สีของ การเจริญเติบโตแบบประสานกันของผลึกทองคำธรรมชาติและอาร์เซโนไพไรต์

ในบางการกำหนดค่า จะมีการรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมต่อพิกเซล ซึ่งมักจะใช้ตัวตรวจจับหลายตัว^{[ 53 ]}

ตัวอย่างทั่วไปคือ การวางซ้อนตัวตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิและอิเล็กตรอนกระเจิงกลับ และกำหนดสีให้กับแต่ละภาพที่บันทึกโดยตัวตรวจจับแต่ละตัว^{[ 54 ] [ 55 ]}ส่งผลให้ได้ภาพสีรวมที่สีสัมพันธ์กับความหนาแน่นของส่วนประกอบ วิธีนี้เรียกว่า SEM สีที่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่น (DDC-SEM) ภาพจุลภาคที่สร้างโดย DDC-SEM จะเก็บข้อมูลภูมิประเทศ ซึ่งตัวตรวจจับอิเล็กตรอนทุติยภูมิจะบันทึกได้ดีกว่า และรวมเข้ากับข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นที่ได้จากตัวตรวจจับอิเล็กตรอนกระเจิงกลับ^{[ 56 ] [ 57 ]}

• 
  ภาพ DDC-SEM ของอนุภาคแคลซิฟายด์ในเนื้อเยื่อหัวใจ - สัญญาณ 1: SE
• 
  สัญญาณที่ 2: BSE
• 
  ภาพสีที่ได้จากภาพสองภาพก่อนหน้า แสดงภาพสแกนอิเล็กตรอนไมโครสโคปสีแบบขึ้นอยู่กับความหนาแน่น (DDC-SEM) ของการเกิดหินปูนในหลอดเลือดหัวใจ โดยแสดงอนุภาคทรงกลมแคลเซียมฟอสเฟต (วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงกว่า) เป็นสีส้ม และเมทริกซ์นอกเซลล์ (วัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า) เป็นสีเขียว
• 
  งานชิ้นเดียวกันแต่เป็นมุมมองที่กว้างขึ้น ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาเกี่ยวกับการเกิดหินปูนในเนื้อเยื่อหัวใจและหลอดเลือดของมนุษย์

การวัดพลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่างเป็นวิธีการทั่วไปในการวิเคราะห์ ตัวอย่างเช่น เครื่องตรวจ จับสเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน (EDS) ที่ใช้ในการวิเคราะห์ธาตุ^{[ 19 ] : 355–381} และ ระบบ กล้องจุลทรรศน์แคโทดลูมิเนสเซนซ์ (CL) ที่วิเคราะห์ความเข้มและสเปกตรัมของการเรืองแสง ที่เกิดจากอิเล็กตรอน ในตัวอย่างทางธรณีวิทยา (เช่น) ในระบบ SEM ที่ใช้เครื่องตรวจจับเหล่านี้ เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดรหัสสีให้กับสัญญาณพิเศษเหล่านี้และซ้อนทับกันในภาพสีเดียว เพื่อให้สามารถมองเห็นและเปรียบเทียบความแตกต่างในการกระจายของส่วนประกอบต่างๆ ของตัวอย่างได้อย่างชัดเจน นอกจากนี้ ภาพอิเล็กตรอนทุติยภูมิมาตรฐานยังสามารถรวมเข้ากับช่ององค์ประกอบหนึ่งช่องหรือมากกว่านั้นได้ เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบโครงสร้างและองค์ประกอบของตัวอย่างได้ ภาพดังกล่าวสามารถสร้างขึ้นได้โดยยังคงรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลสัญญาณดั้งเดิมไว้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งไม่ได้ถูกแก้ไขแต่อย่างใด

ต่างจากกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนด้วยแรงอะตอม (SPM)กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ไม่ได้สร้างภาพสามมิติโดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม สามารถได้ข้อมูลสามมิติโดยใช้ SEM ด้วยวิธีการต่างๆ เช่นสเตอริโอสโคปี

• โฟโตแกรมเมตรีเป็นวิธีการที่มีความแม่นยำทางมาตรวิทยามากที่สุดในการนำมิติที่สามมาสู่ภาพ SEM ^{[ 49 ]}ตรงกันข้ามกับวิธีการทางโฟโตเมตริก (ย่อหน้าถัดไป) โฟโตแกรมเมตรีคำนวณความสูงสัมบูรณ์โดยใช้ วิธี การสามเหลี่ยมข้อเสียคือมันใช้งานได้เฉพาะเมื่อมีพื้นผิวขั้นต่ำ และต้องได้ภาพสองภาพจากสองมุมที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายถึงการใช้แท่นเอียง ( โฟโตแกรมเมตรีเป็นการทำงานของซอฟต์แวร์ที่คำนวณการเลื่อน (หรือ "ความเหลื่อมล้ำ") สำหรับแต่ละพิกเซล ระหว่างภาพด้านซ้ายและภาพด้านขวาของคู่เดียวกัน ความเหลื่อมล้ำดังกล่าวสะท้อนถึงความสูงในพื้นที่)

• 
  ภาพถ่ายสเตอริโอคู่ของไมโครฟอสซิลขนาดเล็กกว่า 1 มม. ( ออสทราโคดา ) ที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) โดยการเอียงตามแกนยาว
• 
  จากภาพ SEM สองภาพนี้ มิติที่สามได้รับการสร้างขึ้นใหม่โดยใช้โฟโตแกรมเมตรี (โดยใช้ ซอฟต์แวร์ MountainsSEMดูภาพถัดไป) จากนั้นได้สร้างภาพจำลองสามมิติจากมุมมองต่างๆ หลายภาพ และนำมาประกอบกันเป็นไฟล์ GIF เพื่อสร้างภาพเคลื่อนไหวนี้
• 
  การสร้างพื้นผิว 3 มิติของ ตัวอย่างสอบเทียบ ความหยาบ (Ra = 3 μm) (ที่ใช้ในการสอบเทียบเครื่องวัดโปรไฟล์) จากภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน 2 ภาพที่เอียง 15° (บนซ้าย) การคำนวณแบบจำลอง 3 มิติ (ล่างขวา) ใช้เวลาประมาณ 1.5 วินาที^{[ 58 ]}และข้อผิดพลาดของค่าความหยาบ Ra ที่คำนวณได้นั้นน้อยกว่า 0.5%

โดยทั่วไป วิธีนี้จะใช้ตัวตรวจจับ BSE แบบสี่ควอดแรนต์ (หรืออีกทางเลือกหนึ่งสำหรับผู้ผลิตรายหนึ่งคือตัวตรวจจับแบบ 3 ส่วน) กล้องจุลทรรศน์จะสร้างภาพสี่ภาพของตัวอย่างเดียวกันในเวลาเดียวกัน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเอียงตัวอย่าง วิธีนี้ให้มิติ 3 มิติทางมาตรวิทยา ตราบใดที่ความลาดชันของตัวอย่างยังคงอยู่ในระดับที่เหมาะสม^{[ 49 ]}ปัจจุบัน (2018) ผู้ผลิต SEM ส่วนใหญ่เสนอตัวตรวจจับ BSE แบบสี่ควอดแรนต์แบบติดตั้งในตัวหรือแบบเลือกได้ พร้อมกับซอฟต์แวร์เฉพาะเพื่อคำนวณภาพ 3 มิติแบบเรียลไทม์^{[ 59 ]}

แนวทางอื่นๆ ใช้วิธีการที่ซับซ้อนกว่า (และบางครั้งต้องใช้ GPU มาก) เช่น อัลกอริทึม การประมาณค่าที่เหมาะสมที่สุดและให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่ามาก^{[ 60 ]}โดยแลกมาด้วยความต้องการพลังการประมวลผลที่สูง

ในทุกกรณี วิธีการนี้ทำงานโดยการรวมความลาดชัน ดังนั้นความลาดชันในแนวตั้งและส่วนที่ยื่นออกมาจะถูกละเลย ตัวอย่างเช่น หากทรงกลมทั้งลูกวางอยู่บนพื้นราบ จะเห็นเพียงครึ่งทรงกลมด้านบนโผล่ขึ้นมาเหนือพื้นราบ ทำให้ความสูงของจุดยอดทรงกลมไม่ถูกต้อง ความเด่นชัดของผลกระทบนี้ขึ้นอยู่กับมุมของตัวตรวจจับ BSE เทียบกับตัวอย่าง แต่โดยปกติแล้วตัวตรวจจับเหล่านี้จะตั้งอยู่รอบๆ (และใกล้กับ) ลำแสงอิเล็กตรอน ดังนั้นผลกระทบนี้จึงพบได้ทั่วไป

วิธีนี้ต้องใช้ภาพ SEM ที่ได้จากแสงมุมต่ำเฉียง จากนั้นระดับสีเทาจะถูกตีความว่าเป็นความลาดชัน และรวมความลาดชันเพื่อฟื้นฟูภูมิประเทศของชิ้นงาน วิธีนี้น่าสนใจสำหรับการปรับปรุงภาพและการตรวจจับรูปร่างและตำแหน่งของวัตถุ อย่างไรก็ตาม ความสูงในแนวตั้งมักจะไม่สามารถสอบเทียบได้ ซึ่งแตกต่างจากวิธีการอื่น ๆ เช่น การถ่ายภาพทางอากาศ^{[ 49 ]}

• 
  ภาพถ่าย SEM ของพื้นผิวตาประกอบของแมลงวันบ้านที่กำลังขยาย 450 เท่า
• 
  รายละเอียดของภาพก่อนหน้า
• 
  การสร้างภาพสามมิติจากภาพ SEM โดยใช้อัลกอริทึมการสร้างรูปร่างจากเงา
• 
  เช่นเดียวกับตัวอย่างก่อนหน้า แต่มีการปรับแสงให้สม่ำเสมอก่อนที่จะใช้รูปทรงจากอัลกอริธึมการแรเงา

• การสร้างใหม่แบบผกผันโดยใช้แบบจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและวัสดุ^{[ 61 ] [ 62 ]}
• การสร้างภาพสามมิติแบบหลายความละเอียดโดยใช้ไฟล์ 2 มิติเดียว: การสร้างภาพสามมิติคุณภาพสูงอาจเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการเปิดเผยความซับซ้อนของสื่อที่มีรูพรุนใดๆ แต่การได้มาซึ่งภาพเหล่านั้นมีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน ในทางกลับกัน ภาพ SEM 2 มิติคุณภาพสูงนั้นหาได้ง่าย เมื่อเร็วๆ นี้ ได้มีการนำเสนอวิธีการสร้างภาพสามมิติแบบหลายระดับหลายความละเอียดสามขั้นตอนแบบใหม่ ซึ่งใช้ภาพ 2 มิติโดยตรงเพื่อพัฒนาแบบจำลองสามมิติ วิธีนี้ซึ่งอิงตามเอนโทรปีของแชนนอนและการจำลองแบบมีเงื่อนไข สามารถใช้ได้กับวัสดุคงที่ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ และสามารถสร้างแบบจำลองสามมิติแบบสุ่มต่างๆ ได้โดยใช้เพียงส่วนบางๆ ไม่กี่ส่วน^{[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}
• กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนด้วยการขัดด้วยไอออน (IA-SEM) เป็นวิธีการสร้างภาพ 3 มิติระดับนาโนที่ใช้ลำแสงแกลเลียมที่โฟกัสเพื่อขัดผิวชิ้นงานซ้ำๆ ครั้งละ 20 นาโนเมตร จากนั้นจึงสแกนพื้นผิวที่เปิดเผยแต่ละส่วนเพื่อสร้างภาพ 3 มิติ^{[ 66 ] [ 67 ]}

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ประการหนึ่งคือการวัดความหยาบของผลึกน้ำแข็ง วิธีนี้สามารถรวม SEM สิ่งแวดล้อมความดันแปรผันและความสามารถ 3 มิติของ SEM เพื่อวัดความหยาบของพื้นผิวผลึกน้ำแข็งแต่ละด้าน แปลงเป็นแบบจำลองคอมพิวเตอร์ และทำการวิเคราะห์ทางสถิติเพิ่มเติมบนแบบจำลอง^{[ 68 ]} การวัดอื่นๆ ได้แก่ มิติแฟรกทัล การตรวจสอบพื้นผิวการแตกหักของโลหะ การกำหนดลักษณะของวัสดุ การวัดการกัดกร่อน และการวัดมิติในระดับนาโน (ความสูงของขั้นบันได ปริมาตร มุม ความเรียบ อัตราส่วนแบริ่ง ความเป็นระนาบเดียวกัน ฯลฯ)

SEM ยังถูกใช้โดยนักอนุรักษ์ศิลปะเพื่อแยกแยะภัยคุกคามต่อความเสถียรของพื้นผิวภาพวาดอันเนื่องมาจากอายุ เช่น การก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนของไอออนสังกะสีกับกรดไขมัน^{[ 69 ]}นักวิทยาศาสตร์นิติวิทยาศาสตร์ใช้ SEM เพื่อตรวจจับการ ปลอมแปลงงานศิลปะ

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างภาพที่ถ่ายโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM)

• 
  ภาพถ่าย SEM สีของไส้เดือนฝอยซีสต์ในถั่วเหลืองและไข่การลงสีเทียมช่วยให้ผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญสามารถดูและเข้าใจโครงสร้างและพื้นผิวที่ปรากฏในภาพจุลทรรศน์ได้ง่ายขึ้น
• 
  ตาประกอบของเคยแอนตาร์กติกEuphausia superbaตาของสัตว์ขาปล้องเป็นหัวข้อที่พบได้ทั่วไปในภาพถ่าย SEM เนื่องจากความชัดลึกที่ภาพ SEM สามารถจับภาพได้ ภาพสี
• 
  ออมมาทิเดียของดวงตาของเคยแอนตาร์กติกา ภาพขยายดวงตาของเคยในระดับสูงขึ้น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบ สแกน (SEM) ครอบคลุมช่วงกำลังขยายตั้งแต่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงไปจนถึงกำลังขยายที่ทำได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM ) ภาพสี
• 
  ภาพถ่าย SEM ของเลือด มนุษย์ที่ไหลเวียนตามปกติ นี่เป็นภาพจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเก่าและมีสัญญาณรบกวนสูงของสิ่งที่พบได้ทั่วไปในภาพถ่าย SEM นั่นคือ เซลล์เม็ดเลือดแดง
• 
  ภาพถ่าย SEM ของเฮเดอเรลลอยด์จากยุคดีโวเนียนของรัฐมิชิแกน (เส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่ใหญ่ที่สุดคือ 0.75 มม.) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการถ่ายภาพรายละเอียดของฟอสซิลขนาดเล็กและขนาดใหญ่
• 
  ภาพอิเล็กตรอนกระเจิงกลับ (BSE) ของ บริเวณที่มี แอนติโมนีสูงในชิ้นส่วนแก้วโบราณ พิพิธภัณฑ์ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ในการศึกษาโบราณวัตถุล้ำค่าโดยไม่ทำลายชิ้นงาน
• 
  ภาพถ่าย SEM ของชั้นการกัดกร่อนบนพื้นผิวของเศษแก้วโบราณ สังเกตโครงสร้างแบบชั้นของชั้นการกัดกร่อน
• 
  ภาพถ่าย SEM ของ ชั้น โฟโตเรซิสต์ที่ใช้ใน การผลิต เซมิคอนดักเตอร์ถ่ายด้วย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แบบปล่อยสนาม (Field Emission SEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบนี้มีความสำคัญในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากมีความละเอียดสูง
• 
  ภาพถ่าย SEM ของพื้นผิวของนิ่วในไตแสดงให้เห็นผลึกรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสของเวดเดลไลต์ (แคลเซียมออกซาเลตไดไฮเดรต) ที่โผลออกมาจากส่วนกลางที่ไม่มีโครงสร้างผลึกของนิ่ว ความยาวแนวนอนของภาพแสดงถึง 0.5 มิลลิเมตรของภาพต้นฉบับ
• 
  ภาพสองภาพของ ผลึกหิมะ โฮร์ที่มีความลึก เท่ากัน ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (ซ้าย) และภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (ขวา) สังเกตว่าภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนช่วยให้เห็นรายละเอียดโครงสร้างละเอียดได้อย่างชัดเจน ซึ่งยากที่จะมองเห็นได้อย่างชัดเจนในภาพจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง
• 
  เซลล์ชั้นนอกสุดจากพื้นผิวด้านในของ เกล็ด หัวหอม ใต้ผนังเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายหนังกลับ สามารถมองเห็นนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ขนาดเล็กที่ลอยอยู่ในไซโตพลาสม์ ภาพ BSE ของตัวอย่างที่ย้อมด้วยแลนทาไนด์นี้ ถ่ายโดยไม่ผ่านการตรึง การทำให้แห้ง หรือการพ่นก่อน
• 
  ภาพถ่าย SEM ของปากใบที่อยู่บนพื้นผิวด้านล่างของใบ

เว็บไซต์ Wikibooks มีหนังสือเกี่ยวกับหัวข้อ: นาโนเทคโนโลยี

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน

ทั่วไป

• HowStuffWorks – วิธีการทำงานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน
• เรียนรู้วิธีใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) – สภาพแวดล้อมการเรียนรู้แบบออนไลน์สำหรับผู้ที่ต้องการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน จัดทำโดย Microscopy Australia
• Virtual SEM – sparkler  – โปรแกรมจำลองแบบโต้ตอบของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM)
• การถ่ายภาพ SEM สีหลายช่องสัญญาณ  – และด้วย BSE
• วิดีโอเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์คาร์ลสรูห์
• ภาพเคลื่อนไหวและคำอธิบายเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์ประเภทต่างๆ รวมถึงกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (มหาวิทยาลัยปารีสใต้)

ประวัติศาสตร์

• ประวัติของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนสิ่งแวดล้อม (ESEM)

รูปภาพ

• ศูนย์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนริปเปลเก็บถาวรเมื่อวันที่ 19 มีนาคม 2550 ที่Wayback Machineมีภาพถ่าย SEM หลายสิบภาพ (ส่วนใหญ่เป็นภาพทางชีววิทยา) จากวิทยาลัยดาร์ทมัธ
• ภาพถ่าย SEM จากการย้อมสีแลนทานอยด์จากสถาบันวิจัยโรคตา กรุงมอสโก