从TEM电子鎗发出的高能电子，通过电磁透镜组抵达试片之前，电子在整个高真空信道空间的分布密度是均匀的。这些电子如果直接抵达数字相机，则影像只有单一亮度，没有对比(图2a)，因为每个像素接收的电子剂量几乎相等。置入TEM试片后，高能电子先穿过此薄片试片，再抵达数字相机。当高能电子进入试片后，构成试片的原子和高能电子之间的交互作用，改变入射电子在空间的分布状态，使得到达数字相机的电子分布密度不再是均匀的。接收高电子剂量的像素呈白色，而接收低电子剂量的像素呈黑色，于是TEM影像有了明暗对比(图2b)，也有了材料讯息。接下来，我们将讨论试片的原子如何改变电子在空间的分布密度。

TEM明场影像中特征物的明暗变化透露着其对应的材料讯息，但是在TEM明场影像中特征物的明暗变化并非唯一性，它们会依TEM的操作模式或条件改变其明暗度，甚至形貌。图3显示一组典型的TEM明场影像数据。从这三张影像看来，影像中标示A、B的差排究竟是单一条型的？还是二条紧邻型的？还是三条紧邻型的？如果差排的数目和热处理条件有关联，那么，若将差排数目判断错误，将会导致工艺调整方向也跟着错误，浪费时间与人力物料资源。反之，如果研发和工艺工程师都能收到正确的TEM影像，且能正确地解读影像内含的材料讯息时，及时研拟正确的工艺改善方向，则会增加公司的收益。

产生TEM明场影像明暗变化看似错综复杂，然而总括其影像对比机构以散射对比和绕射对比为主。散射是由被分析材料的组成元素的原子核吸引高能电子，偏折其运动轨迹，部分被偏折出数字相机的电子不会贡献到影像中。元素的原子序愈大，其原子核的带电量也愈大，将入射电子偏折到高角度的比例也愈大，导致在TEM明场影像中，重元素区域的颜色总是较暗(图4a)。置入物镜光圈后，通过重元素区域的电子被挡掉的比例更高，于是重元素区的颜色更黑(图4b)。相同或近似原子序的元素，密度高的区域产生散射的效应等同于较大的原子序的区域，如图5所示。

从原子排列的方式来看，固态材料可分成非晶质(amorphous)和晶体(crystal)二大类，非晶质材料的TEM明场影像只有散射对比。在半导体组件的TEM明场影像中，非晶质氮化硅的颜色恒比非晶质氧化硅暗(图6)。这类的TEM影像告诉我们非晶质氮化硅的密度明显比非晶质氧化硅大，也就是说，氮化硅的结构比氧化硅致密。所以在半导体组件中，氮化硅用来做晶体管和整个组件的保护层，防止水气渗透进入。

相对于非晶质材料，晶体材料的TEM明场影像除了散射对比外，还有绕射对比。当一些晶格面和入射电子束的夹角接近布拉格绕射(Bragg diffraction)角度时，晶体和入射电子束形成强烈绕射条件(例如正极轴(exact zone)或双束条件(two beam condition))，此时该晶粒(grain)的颜色会比其他晶粒暗，因为分布到绕射点的电子被置入的物镜光圈挡掉，没有贡献到影像，所以对应该晶粒的像素接收到较低的电子剂量，因此颜色较暗。

在TEM观察中，倾转试片会使晶体的晶格面和电子束的夹角变动，绕射条件也因此跟着改变。半导体组件的TEM明场影像中，晶体材料，例如多晶硅/金属硅化物/金属线等的明暗度会因试片倾转而变动，而非晶质的氮化硅和氧化硅的明暗度则不会改变。钨栓也是晶体材料，但是因为原子序太大，散射对比效应太强烈，所以大部份情况下，钨栓都是黑色的(图6)。某些半导体组件的结构中，钨化物(tungsten compound)的周围被多晶硅环绕。当某些硅晶粒的绕射对比效应恰巧非常强烈，导致其暗度和钨化物相近，如图7所示。有一些半导体厂的研发或工艺工程师，因为不甚了解TEM影像对比机构之故，会将这些呈黑色的硅晶粒误判为有钨扩散出来，产生不必要的恐慌。类似的事例在各半导体厂常有听闻。

总结而言，TEM明场影像明暗度变化的机构有二，散射对比和绕射对比。只要熟悉这二种影像对比机构的基本原理，灵活应用解读TEM影像，则任一张黑白TEM明场影像内的材料讯息，都可一目了然，就能采取正确的后续工艺改善方向。