二次电子和背散射电子成像技术是扫描电子显微镜（SEM）中重要且广泛应用的两种成像模式，它们提供了不同性质的样品信息，揭示了样品的表面和内部结构。本文将深入探究二次电子和背散射电子的成像原理，分析其成像特征和对比度机制，并阐述它们在材料科学、生物学和地质学等领域的应用。

二次电子成像

二次电子是由于入射电子束与样品表面相互作用而产生的低能电子，其能量通常在 0-50 eV 范围内。当入射电子轰击样品时，其动能传递给样品，导致样品中原子的激发和电离。在这一过程中，一部分激发的原子会发射出能量较低的二次电子，这些电子可以被 SEM 探测器收集。由于二次电子具有较低的逃逸深度（通常为 10-20 nm），因此它们主要反映样品表面的形貌和拓扑特征。

背散射电子成像

背散射电子是入射电子束与样品内部原子发生弹性散射后返回表面的高能电子，其能量接近入射电子束的能量。背散射电子的数量和方向取决于样品的平均原子序数（Z），Z 越高的元素背散射电子越多。背散射电子成像可以提供样品中不同元素的相对含量信息，有助于区分具有不同化学成分的区域。

对比度机制

二次电子成像：二次电子成像的对比度主要受样品表面形貌的影响。坡度较大的区域会产生更多的二次电子，导致较亮的图像区域；而平坦的区域会产生较少的二次电子，导致较暗的图像区域。材料的导电性也会影响二次电子发射，导电性较好的材料会抑制二次电子发射，从而降低图像对比度。

背散射电子成像：背散射电子成像的对比度主要受样品元素组成和局部原子序数的影响。平均原子序数较高的元素会产生更多的背散射电子，呈现更亮的图像区域；而平均原子序数较低的元素会产生较少的背散射电子，呈现更暗的图像区域。

分辨率和景深

二次电子成像：二次电子成像的分辨率通常在 1-10 nm 范围内，比背散射电子成像的分辨率更高。这是因为二次电子具有较低的逃逸深度，可以提供更精细的表面细节。二次电子成像的景深较小，只有几纳米，限制了其成像三维结构的能力。

背散射电子成像：背散射电子成像的分辨率通常在 10-100 nm 范围内，比二次电子成像的分辨率低。这是因为背散射电子具有较高的能量和较大的逃逸深度，导致图像中存在散射模糊。背散射电子成像的景深较大，可达数微米，使其更适合成像较厚的样品和三维结构。

应用

二次电子成像：二次电子成像广泛应用于材料科学、生物学和地质学中，用于表征样品的表面形态、拓扑特征和缺陷。它可以揭示微结构、晶界、颗粒边界和其他表面特征。

背散射电子成像：背散射电子成像通常用于研究样品的元素组成、相分布和显微结构。它可以区分具有不同化学成分的相，识别矿物，并表征合金和复合材料的微观结构。

二次电子和背散射电子成像技术是 SEM 中重要的表征工具，提供了不同的样品信息。二次电子成像提供了高分辨率的表面形貌信息，而背散射电子成像提供了元素成分和显微结构信息。这两种成像模式的结合使 SEM 成为材料科学、生物学和地质学等广泛领域的强大分析工具。