Phƣơng pháp chụp ảnh SEM cho phép bằng cách quét qua mẫu với chùm tia điện tử theo mô hình đƣờng quét. Nó đƣợc cấu tạo gồm một súng điện tử và ba thấu kính tĩnh điện, hệ thống các cuộn quét điện từ đƣợc đặt giữa cuộn hai và ba, cuối cùng là một ống nhân quang điện để ghi nhận chùm điện tử. Đây cũng là cấu tạo của thiết bị lần đầu tiên đƣợc phát triển bởi Zworykin năm 1942. Đến năm 1948, hệ thống đƣợc bổ sung thêm một chùm điện tử hẹp có độ phân giải là 500Ao.
Nguyên lý hoạt động: điện tử đƣợc phát từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt hoặc là phát xạ từ), sau đó đƣợc tăng tốc và hội tụ tại một chùm điện tử hẹp. Sau đó hệ thống thấu kính sẽ quét trên bề mặt của mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Sự chụp ảnh vả phân tích các bức xạ trong SEM sẽ đƣợc thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ do tƣơng tác giữa các điện tử và bề mặt. Các bức xạ
gồm điện tử thứ cấp (secondary electrons) và điện tử tán xạ ngƣợc (backscattered electrons).
Một số ƣu điểm: giá thành thấp, trong khi phân tích không phá hủy mẫu, thao tác vận hành đơn giản và hoạt động ở trong chân không thấp. Tất cả những ƣu điểm này đều đƣợc so với một thiết bị phân tích hiện đại khác là TEM.
Nhƣợc điểm của thiết bị: là độ phân giải không cao và mẫu phải dẫn đƣợc điện. Tuy nhiên hiện nay với loại FE-SEM thì loại mẫu đƣa vào không cần phải dẫn điện và hệ thống sẽ làm mẫu dẫn điện.
Hình 2.9 Hệ thống kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM JSM 7401F