1) Режим отраженных электронов

Если на сетку детектора подается отрицательный потенциал –50 В (рис.14,а), запирающий ток вторичных электронов низкой энергии, то сигнал определяется только быстрыми отраженными электронами.

Максимальный сигнал дают электроны, отраженные от граней, расположенных под прямым углом к детектору. Изображение на экране очень контрастно, так как грани, направленные под отрицательным углом к детектору, не просматриваются вообще.

Если образец плоский, но имеет области, отличающиеся составом, то изображение состоит из темных и светлых областей, причем светлой области соответствует материал с большим коэффициентом отражения.

Если в образце есть области разного состава и разного рельефа, то информацию о составе и рельефе можно получить раздельно. Для этого используют парный детектор (рис.15). Детекторы Д_А и Д_Б расположены симметрично относительно объекта О. Для плоского объекта сигналы с каждого детектора одинаковы. При наличии рельефа I_A=I₀+Δ₁, I_A=I₀-Δ₂. Тогда суммарный сигнал I_AA=2I₀+(Δ₁-Δ₂)≈ 2I₀ определяется атомным номером, то есть несет информацию о составе, а разностный I_A- I_A =Δ₁-Δ₂ несет информацию о геометрии поверхности.

Разрешение изображения, формируемого отраженными электронами, повышается с уменьшением толщины образца. Так, разрешение изображения тонкой металлической пленки на Si или SiO₂ выше разрешения изображения поверхности массивного образца из того же металла.

2) Режим вторичных электронов

Чаще всего при работе с РЭМ используют режим медленных истинно вторичных электронов, для чего на сетку детектора подают потенциал V+250 В (см. рис.14,б). Изображение в режиме вторичных электронов объемно и более привычно для человеческого глаза, содержит полутона, имеет больше деталей. Именно в этом режиме реализуется важное преимущество РЭМ перед оптическим микроскопом - на несколько порядков бóльшая глубина фокуса, так как вторичные электроны удается "вытащить" даже из узких и глубоких щелей и отверстий. В световом микроскопе существует жесткое соответствие между плоскостями объекта и изображения. Это и ограничивает глубину фокуса. В РЭМ сигнал соответствует полной эмиссии электронов с "точки" объекта.

3) Режим потенциального контраста

В режиме вторичных электронов с помощью РЭМ можно наблюдать и измерять электрические поля на поверхности образца. Эта возможность основана на явлении отклонения вторичных электронов под действием электрического поля на поверхности (например, в p - n-переходе). Фиксируя распределение вторичных электронов с помощью детектора, можно определить величину потенциала на поверхности, вызвавшего изменение распределения, которое было в отсутствие электрического поля в образце. Для этой цели можно использовать линзу-фильтр на коллекторе, пропускающую электроны с энергией, большей некоторой пороговой. Таким способом можно измерить зависимость тока, прошедшего через фильтр, от напряжения задержки. По сдвигу кривых находят изменение локального потенциала с точностью до 0,1 В. Геометрическое разрешение метода ограничено размерами области, из которой выходят вторичные электроны, и составляет доли микрометра. Этот метод применяют для определения электрического потенциала элементов БИС, обнаружения обрывов проводящих элементов в структурах ИС и т.д.