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當(dāng)入射電子擊中樣品表面時(shí)，入射電子與原子的原子核相互作用，并偏離其軌跡，如圖 1 所示。

圖1：入射電子與原子核相互作用后散射的示意圖

如果條件合適，入射電子可以被散射回來(lái)，并脫離樣品表面，保持其高能量。一般來(lái)說(shuō)，較重的元素，因?yàn)樗鼈兊脑雍溯^大，可以比較輕的元素更強(qiáng)烈地偏轉(zhuǎn)入射電子。因此，在掃描電鏡圖像中，像銀這樣的重元素（原子序數(shù)為 47）與原子序數(shù)為 14 的輕元素（如硅）相比顯得更加明亮，因?yàn)楦嗟谋成⑸潆娮訌臉悠繁砻姘l(fā)射出來(lái)。

圖 2 顯示了銀和硅之間的背散射電子（BSE）圖像的對(duì)比。這張圖片顯示了一個(gè)太陽(yáng)能電池板的區(qū)域，白色區(qū)域是銀，黑色區(qū)域是硅。

圖2：太陽(yáng)能電池板的掃描電鏡（SEM）圖像，白色區(qū)域?yàn)殂y，黑色區(qū)域?yàn)楣?/p>

但是如何在掃描電鏡中檢測(cè)到背散射電子呢?

通常用固態(tài)（或半導(dǎo)體）探測(cè)器進(jìn)行背散射電子（BSE）的檢測(cè)。這些由摻雜的半導(dǎo)體材料（通常是硅）組成，并直接置于樣品上方，如圖 3 所示。半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理是利用入射的背散射電子（BSE）在半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對(duì)。簡(jiǎn)而言之：撞擊探測(cè)器的背散射電子（BSE）激發(fā)硅電子，形成電子空穴對(duì)。

在硅中形成電子空穴對(duì)，需要 3.6 eV 的能量，產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的數(shù)量與入射電子的能量及數(shù)量成正比。此外，半導(dǎo)體探測(cè)器只對(duì)高能電子敏感，這也是為什么它們只用于探測(cè)背散射電子的原因。

圖3：半導(dǎo)體探測(cè)器示意圖 ¹

從入射的背散射電子中產(chǎn)生的電子空穴對(duì)可以在重組前被分離，從而產(chǎn)生電流。這種電流可以通過(guò)電子電路來(lái)測(cè)量，該電路是具有輸入電阻和反饋電阻的運(yùn)算放大器，如圖 3 所示。

在這里，探測(cè)器為電荷收集電流發(fā)生器（Icc），與摻雜硅（Rd 和 Cd）的 p-n 結(jié)處形成的損耗層的電阻和電容平行，與半導(dǎo)體（Rs）的內(nèi)部電阻串聯(lián)。由于放大器對(duì)于較大的 RF/Re 值會(huì)變得不穩(wěn)定，所以在反饋回路中增加了額外的電容，以防止放大器振蕩。

圖4：半導(dǎo)體探測(cè)器系統(tǒng)的電子電路 ¹

半導(dǎo)體探測(cè)器噪聲的主要來(lái)源是入射的背散射電子（BSE）電流和前置放大器的噪聲。入射電子束的噪聲是由入射的電子數(shù)量的波動(dòng)引起的。前置放大器的噪聲是熱噪聲，也叫約翰遜-尼奎斯特噪聲，它與波爾茲曼常數(shù)和電阻的溫度成正比。