超聲波顯微鏡由于它的主要工作模式是C模式，因此也簡稱：C-SAM。現在做失效分析的實驗室里，這個設備直接被通稱為C-SAM，就像X射線透射機被通稱為X-Ray一樣。
超聲波顯微鏡有兩種工作模式：基于超聲波脈沖反射和透射模式工作的。反射模式是主要的工作模式，它的特點是分辨率高，對待測樣品厚度的沒有限制。透射模式只在半導體企業中用作器件篩選。
超聲波顯微鏡的核心就是帶壓電陶瓷的微波鏈，壓電陶瓷在射頻信號發生的激勵下，產生短的聲脈沖，隨后這些聲脈沖被聲透鏡聚焦在一起，超聲波顯微鏡的這個帶壓電陶瓷的部件叫換能器。換能器既能把電信號轉換成聲波信號，又能把從待測樣品反射或透射回來的聲波信號轉換成電信號，送回系統進行處理。
換能器負責將電磁脈沖轉換成聲脈沖，離開換能器后，聲波被聲透鏡通過耦合介質（一般是去離子水或無水酒精等）聚焦在樣品上。耦合介質是為了防止超聲波信號快速衰減，因為超聲波信號在一些稀疏介質中傳播是，會快速衰減。樣品置于耦合介質中，只要聲波信號在樣品表面或者內部遇到聲波阻抗介面（如遇到孔隙、氣泡、裂紋等），就會發生反射。
換能器接收到反射信號后，會將其轉換成電脈沖，超聲波信號轉換成電脈沖后表征為256級灰度值。每只換能器都有其特定的超聲波頻率，廠家可以針對用戶的需要特別配置。這個過程就是超聲波顯微鏡反射工作模式的基本過程。
另一種超聲波顯微鏡的工作模式叫透射模式。透射掃描時，樣品下方要安裝另外一只換能器，這只換能器會接收所有完全穿透樣品的超聲波信號。根據接收的信號就能還原出各種超聲波C掃圖像。
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