扫描电子显微镜（SEM）是科学研究中不可或缺的工具，它通过电子光学系统精确地观察和分析样品的微观结构。以下是对SEM中电子束形成和与样品相互作用过程的详细描述：

会聚电子束的形成

电子光学系统是SEM的核心部件，由以下两部分组成：

电子枪：负责发射电子束。电子来源于热阴极（如钨或六硼化镧）或场发射阴极，并通过1-30kV的电压加速。电子通过阳极孔形成交叉电子束，交叉斑点的大小取决于阴极类型。

透镜系统：由多个电磁透镜构成，通过调节透镜电流来调节焦距。物镜紧邻样品，其他透镜称为会聚镜。透镜系统的作用是将电子束聚焦，形成直径为3-10nm的细小电子束照射斑点，适用于二次电子图像的观察。对于需要更大电流的背散射电子图像观察，照射斑点会增大至0.1-1μm。

电子束与样品的相互作用

当高速电子束撞击样品表面时，会发生多种相互作用，产生不同类型的信号：

二次电子：由入射电子激发样品原子产生的低能电子（<50eV），通常来自样品表面10nm深度范围内。

背散射电子：入射电子与样品原子核相互作用后改变方向，部分能量接近入射电子能量的电子被散射出来。

特征X射线：样品原子内层电子被激发后产生的X射线，具有原子特征。

俄歇电子：与特征X射线类似，是样品原子内层电子被激发后产生的电子。

吸收电子：入射电子在与样品原子碰撞过程中能量全部传递给样品，成为样品中的自由电子。

荧光：样品原子的外层电子被激发后发出的可见光或红外光。

感生电动势：入射电子照射样品的pn结时产生的电动势或电流。