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走査型電子顕微鏡（SEM ）は、集束させた電子ビームで試料表面を走査することにより画像を生成する電子顕微鏡の一種です。電子は試料中の原子と相互作用し、表面の形状や組成に関する情報を含む様々な信号を生成します。電子ビームはラスタースキャン方式で走査され、ビームの位置と検出された信号の強度を組み合わせて画像が生成されます。最も一般的なSEMモードでは、電子ビームによって励起された原子から放出された二次電子が二次電子検出器（エバーハート・ソーンリー検出器）によって検出されます。検出可能な二次電子の数、ひいては信号強度は、試料の形状などによって決まります。一部のSEMは1ナノメートルよりも高い解像度を実現できます。
試料は、従来のSEMでは高真空下で、可変圧力SEMや環境SEMでは低真空または湿潤条件下で、また特殊な装置を用いて極低温または高温の広範囲で観察される。 [ 1 ]
走査型電子顕微鏡の初期の歴史については、McMullan が解説している。[ 2 ] [ 3 ] Max Knoll は 電子ビームスキャナを使用して、50 mm の物体視野幅でチャネリングコントラストを示す写真を作成したが、[ 4 ] 1937 年にManfred von Ardenneが、縮小され細かく焦点を合わせた電子ビームで非常に小さなラスターを走査することにより、高解像度の顕微鏡を発明した。 [ 5 ]同年、Cecil E. Hall も、トロント大学の指導教官である EF Burton から依頼を受けてからわずか 2 年で、北米初の発光顕微鏡の製作を完了した。[ 6 ] Ardenne は、透過型電子顕微鏡 (TEM) の解像度を超えるとともに、TEM の実際のイメージングに固有の色収差による重大な問題を軽減するために、電子ビームの走査を適用した。彼はさらに、SEMのさまざまな検出モード、可能性、理論について議論し[ 7 ] 、最初の高解像度SEMの構築についても述べた[ 8 ] 。その後、ズウォリキンのグループ[ 9 ]が研究を進め、1950年代から1960年代初頭にかけてチャールズ・オートリー率いるケンブリッジのグループ[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]が研究を続け、最終的に1965年にケンブリッジ・サイエンティフィック・インストゥルメント社が「ステレオスキャン」という名称で最初の商用機器をデュポン社に納入するに至った。
SEMで画像を作成するために使用する信号は、電子ビームと試料内のさまざまな深さにある原子との相互作用によって生じます。二次電子（SE）、反射または後方散乱電子（BSE）、特性X線および光（カソードルミネッセンス）（CL）、吸収電流（試料電流）、透過電子など、さまざまな種類の信号が生成されます。[ 14 ]二次電子イメージングと後方散乱電子検出器はSEMの標準的なアプローチですが[ 15 ]、追加の信号を捕捉するために追加の検出器を使用することもできます。たとえば、放出されたX線は、エネルギー分散型X線分光法によって検出できます。[ 16 ]
二次電子はエネルギーが約 50 eVと非常に低いため、固体物質中の平均自由行程が制限されます。したがって、二次電子は試料表面の最上部数ナノメートルからしか脱出できません。二次電子からの信号は一次電子ビームの衝突点に高度に局在する傾向があるため、1 nm未満の解像度で試料表面の画像を収集することが可能です。後方散乱電子 (BSE) は、弾性散乱によって試料から反射されたビーム電子です。BSE は二次電子よりもはるかに高いエネルギーを持つため、試料内部のより深い場所から出現し、その結果、BSE 画像の解像度は二次電子画像よりも低くなります。しかし、BSE 信号の強度は試料の原子番号 (Z) と密接に関係しているため、BSE は特性 X 線から得られるスペクトルとともに分析 SEM でよく使用されます。BSE 画像は、試料中のさまざまな元素の分布に関する情報を提供できますが、その種類に関する情報は提供できません。生物試料など、主に軽元素で構成される試料では、BSEイメージングにより、二次電子像では検出が困難または不可能な直径5または10 nmのコロイド金免疫標識を画像化できます。 [ 17 ]電子ビームが試料から内殻電子を除去すると、特性X線が放出され、より高エネルギーの電子が殻を満たしてエネルギーを放出します。これらの特性X線のエネルギーまたは波長は、エネルギー分散型X線分光法または波長分散型X線分光法によって測定でき、試料中の元素の存在量を識別および測定し、その分布をマッピングするために使用できます。
非常に狭い電子ビームのため、SEM の顕微鏡写真は被写界深度が深く、試料の表面構造を理解するのに役立つ特徴的な三次元像が得られます。[ 18 ]上記の花粉の顕微鏡写真はその一例です。倍率は、約 10 倍 (強力なハンドレンズとほぼ同等) から 50 万倍以上 (最高の光学顕微鏡の倍率限界の約 250 倍) まで幅広く可能です。
SEM サンプルは、導電性塗料で固定されたサンプル ステージに収まるほど小さくなければなりません。可変圧力 SEM および環境 SEM の比較的低い真空 (0.076 ～ 20 torr ) により、水や油膜が付着している場合でも洗浄の必要がなくなり、自然な状態で観察できます。準備は、光学顕微鏡用の研磨サンプルで使用される手順と同じです。SEM 技術を使用して、集積回路の状態と接続点を調べることができます。短縮は、任意のサンプルを傾けることによって実現されます。スパッタ コーティングは、非導電性のサンプルに金属または金属合金の薄いコーティングを施すために使用されます。[ 19 ]サンプル コーティングに現在使用されている導電性材料には、金、金/パラジウム合金、白金、イリジウム、タングステン、クロム、オスミウムなどがあります。[ 17 ]生物学的サンプルの一部に対するコーティングの代替手段として、OTO染色法（O-四酸化オスミウム、T-チオカルボヒドラジド、O-オスミウム）の変法を用いてオスミウムを含浸させることにより材料のバルク伝導率を高める方法がある。[ 20 ] [ 21 ]
SEM試料室は高真空状態にあるため、SEM試料は完全に乾燥しているか、極低温で冷却されている必要があります。[ 22 ]木材、骨、羽毛、乾燥昆虫、貝殻（卵殻[ 23 ]を含む）などの硬くて乾燥した材料は、ほとんど追加の処理なしで検査できますが、生きた細胞や組織、および軟体動物全体は、構造を保存および安定させるために化学固定が必要です。
固定は通常、グルタルアルデヒドなどの緩衝化学固定液に浸漬して行われ、場合によってはホルムアルデヒド[ 22 ] [ 24 ] [ 25 ]や他の固定液[ 26 ]と組み合わせて行われ、必要に応じて四酸化オスミウムによる後固定が続く。[ 22 ]固定された組織は次に脱水される。空気乾燥では崩壊や収縮が起こるため、これは一般的に細胞内の水をエタノールやアセトンなどの有機溶媒に置き換え、次にこれらの溶媒を臨界点乾燥によって液体二酸化炭素などの遷移流体に置き換えることによって達成される。[ 27 ]二酸化炭素は最終的に超臨界状態で除去されるため、乾燥中にサンプル内に気液界面は存在しない。
乾燥させた試料は通常、エポキシ樹脂や導電性両面テープなどの接着剤を用いて試料台に固定し、顕微鏡観察前に金または金/パラジウム合金でスパッタコーティングする。生物の内部超微細構造に関する情報を画像化するために、試料を（ミクロトームを用いて）切断することもある。
SEMにクライオ顕微鏡用のコールドステージが装備されている場合、クライオ固定法を使用して、クライオ固定された試料に対して低温走査型電子顕微鏡観察を行うことができます。[ 22 ]クライオ固定された試料は、特殊な装置で真空下でクライオ破断して内部構造を明らかにし、スパッタコーティングを施して、凍結したままSEMクライオステージに移すことができます。[ 28 ]低温走査型電子顕微鏡（LT-SEM）は、氷[ 29 ] [ 30 ]や脂肪[ 31 ]などの温度に敏感な材料のイメージングにも適用できます。
凍結割断法、凍結エッチング法、または凍結破断法は、脂質膜とその中に組み込まれたタンパク質を正面から観察するのに特に有用な試料作製法である。この試料作製法によって、脂質二重層に埋め込まれたタンパク質が明らかになる。
Goldstein らによると、「試料を切断する方法は、刃切り、ワイヤーソーイング、研磨切断、破砕（より脆い材料に最適）、せん断、放電加工、ミクロトームなど、数多くあります。微細構造解析用に準備する表面は、段階的に異なる研磨材を使用して研磨されます。セラミックや地質試料は、金属と同様に、SEM で微細構造の特徴を画像化または分析できるようにするためにエッチングが必要になる場合があります。」しかし、試料表面から接地までの電子ビーム経路は途切れないようにする必要があります。これは、入射ビームと同じ量の電荷が蓄積されたときに試料が電子ミラーのように機能しないようにするためです。この電荷蓄積は「帯電」と呼ばれます。Goldstein らによると、「帯電の問題を克服する最も簡単で最良の方法は、試料表面に薄い金属層を堆積することです。」これは、真空蒸着コーティングまたはスパッタコーティングによって実現されます。原子番号8 から 20 の元素の場合、炭素、アルミニウム、クロムのみが適切なコーティング材料です。[ 19 ]： 539–545、648–669
FIBはSEMに類似しているが、電子の代わりに正に帯電したイオンを使用する。FIBは画像化に加えて、精密な切断、エッチング、または試料表面への導電性材料の堆積にも使用できる。[ 19 ]： 553
走査型電子顕微鏡（SEM）は、電子銃、電子レンズ、真空ポンプを備えた電子カラムと、観察スクリーンおよび電子ビーム制御装置を備えた制御コンソールから構成されます。電子銃は、0.1～30 k eVのエネルギー範囲で電子を生成および加速します。電子レンズは、試料上で電子ビームを10 nm未満に集束させ、試料表面から約1マイクロメートルの深さまで電子ビームと相互作用させ、点ごとの画像化に使用される信号を生成します。偏向コイルは、ラスタースキャン方式で電子ビームを試料全体に走査し、後方散乱電子と二次電子を電子検出器で収集して、デジタル処理および表示可能な画像を形成します。鮮明度と特徴の視認性は、電子プローブのサイズ、電子プローブ電流、電子プローブ収束角、および電子ビーム加速電圧によって制御されます。 Goldsteinらによると、「ほとんどの旧型SEMはタングステンまたはLaB6熱電子放出体を使用しているが、性能、信頼性、寿命が向上するため、新しい顕微鏡には冷陰極、熱、またはショットリー電界放出源が搭載されるようになっている。」[ 19 ]： 21-60
走査型電子顕微鏡（SEM）の倍率は、約10倍から3,000,000倍まで、約6桁の範囲で制御できます。 [ 32 ] 倍率の変更は、試料上のスキャン長を調整することによって行われ、倍率が高くなるほど、より小さな試料領域、つまりピクセルが必要になります。[ 19 ] : 108–113
最も一般的なイメージングモードでは、試料原子の伝導帯または価電子帯からビーム電子との非弾性散乱相互作用によって放出される低エネルギー（<50 eV）の二次電子を収集します。これらの電子はエネルギーが低いため、試料表面から数ナノメートル以内の深さから発生します。 [ 18 ]電子はエバーハート・ソーンリー検出器によって検出されます。[ 33 ]ゴールドスタインらによると、「ET検出器の開発により、広い立体角での収集、高いアンプゲイン、低ノイズ、堅牢でメンテナンスの手間が少ない性能を備えた、豊富な二次/後方散乱電子信号を初めて効率的に利用できるようになりました。」高エネルギー電子がシンチレータ材料に衝突すると光が放出され、ライトガイドを介して光電子増倍管に伝送されます。光電子増倍管は、高いゲイン、ノイズ劣化の少なさ、広い帯域幅、高速応答速度を提供します。[ 19 ] : 128–129
後方散乱電子（BSE）は、電子ビームから発生した高エネルギー電子が、試料原子との弾性散乱相互作用によって試料相互作用体積から反射または後方散乱されたものです。重元素（原子番号が大きい）は軽元素（原子番号が小さい）よりも強く電子を後方散乱するため、画像ではより明るく見えるため、BSEは化学組成の異なる領域間のコントラストを検出するために使用されます。[ 18 ] Goldsteinらによると、「ET検出器が負にバイアスされている場合、後方散乱電子のみが検出されます。直接幾何学的収集のための視線立体角内でET検出器の方向に試料から放出されるものを含め、すべての二次電子は排除されます。専用の後方散乱電子検出器は、収集立体角を大幅に増加させるように設計されています。」これらには、受動シンチレータ後方散乱電子検出器、後方散乱二次電子変換検出器、および固体ダイオード検出器が含まれます。[ 19 ]： 129-133
後方散乱電子は、試料の結晶構造を決定するために使用できる電子後方散乱回折（EBSD）像を形成するためにも使用できます。 [ 19 ]： 10
電圧コントラスト法と電荷収集法を用いたSEM顕微鏡観察は、集積回路や半導体デバイスの電気的特性評価に用いられる。電荷収集法では、電子ビームによって試料に誘起される電流または電圧を利用する。電子ビーム誘起電流（EBIC）は、ショットキー障壁、拡散型pn接合、イオン注入型pn接合の研究に用いられる。[ 19 ]： 546
陰極ルミネセンスは、鉱物中の不純物や半導体中の過剰な電子-正孔対の存在を検出するために使用できます。[ 19 ] : 16。高エネルギー電子によって励起された原子が基底状態に戻るときに光が放出される陰極ルミネセンスは、 UV誘起蛍光に類似しており、硫化亜鉛や一部の蛍光色素などの一部の材料は両方の現象を示します。過去数十年間、陰極ルミネセンスは、テレビやコンピューターのCRTモニターの陰極線管の内面からの光放出として最も一般的に経験されていました。SEMでは、CL検出器は、試料から放出されるすべての光を収集するか、試料から放出される波長を分析して、発光スペクトルまたは試料から放出される陰極ルミネセンスの分布の画像を実色で表示することができます。
電子と試料との相互作用によって生成される特性X線は、エネルギー分散型X線分光法または波長分散型X線分光法を備えた走査型電子顕微鏡（SEM）でも検出できる。X線信号の解析は、試料中の元素の分布をマッピングし、存在量を推定するために使用できる。[ 19 ]： 297-353
走査型電子顕微鏡（SEM）を用いた多くの研究は、原子間力顕微鏡（AFM）とその電気イメージングモードといった相補的なナノスケール技術によって支えられています。これらの手法は、表面形態を超えた知見を提供します。例えば、AFMは、接触モードまたはタッピングモードで鋭利な探針を用いて、ナノメートルスケールで試料の表面形状をプローブすることができます。導電性AFM（C-AFM）は、局所的な電気伝導率のマッピングを可能にし、抵抗スイッチング材料や半導体の研究に役立ちます。ケルビンプローブ力顕微鏡（KPFM）は、表面電位の変化を測定し、電子材料や光起電力材料における電荷分布の分析に有用です。これらの技術をSEMと併用することで、材料の構造的特性と機能的特性の両方を包括的に理解することができます。
SEMはカメラではなく、検出器はCCDアレイやフィルムのように連続的に画像を形成するものではありません。光学系とは異なり、解像度は回折限界、レンズやミラーの細かさ、検出器アレイの解像度によって制限されません。集束光学系は大きく粗大でよく、SE検出器は拳大で、電流を検出するだけです。代わりに、SEMの空間分解能は電子スポットのサイズに依存し、これは電子の波長と走査ビームを生成する電子光学系の両方に依存します。解像度は、電子ビームと相互作用する試料材料の体積である相互作用体積のサイズによっても制限されます。スポットサイズと相互作用体積はどちらも原子間の距離に比べて大きいため、SEMの解像度は透過型電子顕微鏡（TEM）で可能なように個々の原子を画像化できるほど高くはありません。ただし、SEMには、比較的広い試料領域を画像化できること、バルク材料（薄膜や箔だけでなく）を画像化できることなど、それを補う利点があります。また、試料の組成や特性を測定するために利用できる分析モードも多岐にわたります。装置によっては、分解能は1 nm未満から20 nmの範囲になります。2009年現在、世界最高分解能の従来型（≤30 kV）SEMは、二次電子検出器を使用して0.4 nmの点分解能を達成できます 。[ 34 ]
従来のSEMでは、ガス雰囲気が電子ビームを急速に拡散・減衰させるため、サンプルを真空下で画像化する必要があります。そのため、多量の蒸気を発生させるサンプル、例えば湿った生物サンプルや油を含む岩石などは、乾燥させるか極低温で凍結する必要があります。接着剤の乾燥や合金の融解、液体輸送、化学反応、固体-空気-ガス系などの相転移を伴うプロセスは、一般的に従来の高真空SEMでは観察できません。環境SEM（ESEM）では、チャンバー内の空気は排気されますが、水蒸気は飽和圧力付近で保持され、残留圧力は比較的高いままです。これにより、水やその他の揮発性物質を含むサンプルの分析が可能になります。ESEMでは、生きた昆虫の観察が可能になっています。[ 35 ]
1980年代後半にESEMが初めて商業的に開発されたことで[ 36 ] [ 37 ]、低圧ガス環境（例えば1～50 Torrまたは0.1～6.7 kPa）および高相対湿度（最大100%）でのサンプルの観察が可能になった。これは、水蒸気の存在下で動作可能な二次電子検出器[ 38 ] [ 39 ]の開発と、電子ビームの経路に差動排気を備えた圧力制限開口部を使用して真空領域（ガンとレンズの周囲）をサンプルチャンバーから分離することによって可能になった。最初の商業用ESEMは、1988年に米国のElectroScan Corporationによって製造された。ElectroScanは1996年にPhilipsに買収され（後に電子光学部門をFEI社に売却）、
ESEMは、炭素や金でコーティングする必要がないため、非金属材料や生物材料に特に有用です。コーティングされていないプラスチックやエラストマー、コーティングされていない生物試料も日常的に検査できます。これは、コーティングは元に戻すのが難しく、試料表面の小さな特徴を隠してしまう可能性があり、得られる結果の価値を低下させる可能性があるため有用です。重金属のコーティングではX線分析が困難なため、従来のSEMでは炭素コーティングが日常的に使用されていますが、ESEMではコーティングされていない非導電性試料に対してX線マイクロアナリシスを実行できます。ただし、X線分析ではESEM特有のアーティファクトがいくつか発生します。ESEMは、複数の異なる専門家によって法医学分析を繰り返す必要がある犯罪または民事訴訟からの特殊な試料の電子顕微鏡検査に好ましい場合があります。ESEMまたは他の液相電子顕微鏡法を使用して、液体中の試料を研究することができます。[ 41 ]
SEMは、薄い試料セクションの下に適切な検出器を組み込むことで透過モードでも使用できます。[ 42 ]検出器は、明視野、暗視野、および中視野から高角度環状暗視野用のセグメント検出器が利用可能です。装置の違いにもかかわらず、この技術は依然として一般的に走査透過型電子顕微鏡（STEM）と呼ばれています。
2016 年以降、電子エネルギー損失分光法 (EELS)に透過モード SEM を使用することへの関心が高まっています。日立とマギル大学の Gauvin グループによって開拓された[ 43 ]薄膜試料の SEM-EELS 元素マッピングが可能になり、ビームエネルギーが低いためノックオン損傷が軽減され、リチウム化材料のビーム損傷が軽減されます。2025 年に、MIT の科学者は、1～20 keV のエネルギー範囲で改造された SEM であれば薄膜試料の EELS 分析が可能であることを実証しました。[ 44 ]
走査型電子顕微鏡（SEM）は、珪藻や銃の発射残渣などの微細なものを拡大して分析するために、法医学でよく使用されます。SEMは試料に非破壊的な力を加えるため、証拠を損傷することなく分析できます。SEMは高エネルギー電子ビームを試料に照射し、試料を変化させたり破壊したりすることなく反射させます。これは珪藻の分析に非常に有効です。人が溺死すると、水を吸い込むため、水中の物質（珪藻）が血流、脳、腎臓などに入り込みます。体内の珪藻はSEMで拡大して珪藻の種類を特定することができ、それによって死因や死亡場所の特定に役立ちます。法医学者はSEMで生成された画像を使用して珪藻の種類を比較し、人が死亡した水域を確認することができます。[ 45 ]
銃撃残渣（GSR）の分析はさまざまな分析機器で行うことができますが、[ 46 ] SEMは、後方散乱電子検出器、二次電子検出器、 X線検出器の3つの検出器を通して元素の種類（主に金属）を詳細に分析できるため、無機化合物の分析によく用いられます。GSRは、犯罪現場、被害者、または射撃者から採取してSEMで分析することができます。これにより、科学者は発射された銃器との近接性や接触を判断することができます。[ 46 ]
電子顕微鏡は本来カラー画像を生成しません。二次電子検出器は、ビームが(x, y)ピクセル位置に照射されている短い時間内に検出器が受け取った電子の数に対応する、ピクセルごと に単一の値を生成します。各ピクセルについて、この単一の値はグレースケールで表され、モノクロ画像が形成されます。[ 47 ]ただし、カラー電子顕微鏡画像を取得するために使用できる方法はいくつかあります。[ 48 ]
色を取得する最も簡単な方法は、カラー参照テーブルを使用して各グレーレベルを任意の色に置き換えることです。この方法は偽色イメージングとして知られており、類似した特性または組成を持つサンプルの相を区別するのに役立ちます。[ 49 ]
単純に各グレースケール値を色に置き換える代わりに、斜めビームで観察したサンプルを用いることで、研究者は近似的な地形画像を作成することができる（詳細は「単一のSEM画像からの測光3Dレンダリング」の項を参照）。このような地形画像は、3Dレンダリングアルゴリズムによって処理され、より自然な表面テクスチャのレンダリングが可能となる。
公開されているSEM画像は非常に多くの場合、人工的に着色されています。[ 49 ]これは美的効果のため、構造を明確にするため、またはサンプルにリアルな外観を加えるために行われることがありますが、一般的には試料に関する情報を追加するものではありません。[ 50 ]
着色は、写真編集ソフトウェアを使用して手動で行うことも、特徴検出やオブジェクト指向セグメンテーションを使用する専用ソフトウェアを使用して半自動的に行うこともできます。[ 51 ]
あるいは、 EDX、EBSD、ECCI、カソードルミネッセンスなどの他の検出器からの追加情報が利用可能な場合は、それをカラーチャネルとして統合して、単一の高解像度画像で豊富な材料情報を提供することができます。[ 52 ]
一部の構成では、複数の検出器を使用することで、ピクセルあたりの情報量が増加します。[ 53 ]
一般的な例として、二次電子検出器と後方散乱電子検出器が重ね合わされ、各検出器で取得された各画像に色が割り当てられ、[ 54 ] [ 55 ]結果として、色が構成要素の密度に関連付けられた合成カラー画像が得られます。この方法は、密度依存カラーSEM（DDC-SEM）として知られています。DDC-SEMによって生成されたマイクログラフは、二次電子検出器によってよりよく取得される地形情報を保持し、後方散乱電子検出器によって得られた密度に関する情報と組み合わせます。[ 56 ] [ 57 ]
試料から放出される光子のエネルギーを測定することは、分析能力を得るための一般的な方法です。例としては、元素分析で使用されるエネルギー分散型X線分光法（EDS）検出器[ 19 ]： 355～381や、 （例えば）地質試料中の電子誘起発光の強度とスペクトルを分析するカソードルミネッセンス顕微鏡（CL）システムなどがあります。これらの検出器を使用するSEMシステムでは、これらの追加信号をカラーコード化して単一のカラー画像に重ね合わせることが一般的であり、これにより試料のさまざまな成分の分布の違いを明確に見て比較することができます。オプションとして、標準二次電子像を1つ以上の組成チャネルと融合させることで、試料の構造と組成を比較することができます。このような画像は、元の信号データの完全性を維持しながら作成でき、元の信号データは一切変更されません。
SPMとは異なり、SEMは本来3D画像を生成するものではありません。しかし、立体視などの手法を用いることで、SEMから3Dデータを取得することは可能です。
この方法は通常、4象限BSE検出器（あるメーカーでは3セグメント検出器）を使用します。顕微鏡は同じ試料の4つの画像を同時に生成するため、試料を傾ける必要はありません。この方法は、試料の傾斜が妥当な範囲内であれば、計測的な3D寸法を提供します。[ 49 ]現在（2018年）、ほとんどのSEMメーカーは、このような内蔵またはオプションの4象限BSE検出器と、リアルタイムで3D画像を計算する独自のソフトウェアを提供しています。[ 59 ]
他のアプローチでは、最適推定アルゴリズムのようなより高度な（そして時にはGPUを多用する）手法を使用し、計算能力に対する要求が高いという代償を伴うものの、はるかに優れた結果を提供する[ 60 ]。
いずれの場合も、この手法は傾斜を積分することで機能するため、垂直な傾斜や張り出しは無視されます。例えば、球全体が平面上にある場合、平面から突き出ているのは上半球のみとなり、球の頂点の高さが誤って算出されます。この効果の顕著さは、試料に対するBSE検出器の角度に依存しますが、これらの検出器は通常、電子ビームの周囲（かつ近接）に配置されているため、この効果は非常に一般的です。
この方法では、斜め低角度照明で取得したSEM画像が必要です。グレースケールは傾斜として解釈され、傾斜を積分して試料の地形を復元します。この方法は、視覚的な強調や物体の形状と位置の検出には興味深いですが、写真測量などの他の方法とは異なり、通常は垂直方向の高さを較正することはできません。[ 49 ]
考えられる応用例の1つは、氷結晶の粗さを測定することです。この方法では、可変圧力環境SEMとSEMの3D機能を組み合わせて、個々の氷結晶面の粗さを測定し、それをコンピュータモデルに変換して、モデルに対してさらに統計分析を実行できます。[ 68 ] その他の測定には、フラクタル次元、金属の破断面の検査、材料の特性評価、腐食測定、ナノスケールでの寸法測定（段差の高さ、体積、角度、平面度、ベアリング比、共面性など）が含まれます。
SEMは、美術品の保存修復家が、亜鉛イオンと脂肪酸の複合体の形成など、経年劣化による絵画の表面安定性への脅威を識別するためにも使用されます。[ 69 ]法医学者は、美術品の偽造を検出するためにSEMを使用します。
以下は、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて撮影した画像の例です。
