MerlinEM混合像素探测器

MerlinEM混合像素探测器

添加时间:2019-01-02 01:50:00

MerlinEM混合像素探测器(Hybrid Pixel Detector, HPD)


MerlinEM及其工作原理

MerlinEM混合像素探测器(Hybrid Pixel Detector, HPD) 是电子显微镜领域先进探测器的最新技术发展,它以像素化格式将电子直接探测和快速读出技术结合在一起,是适用于4D STEM和TEM动态成像等应用的理想技术方案。在这种新型探测器中,每个传感器像素分别与智能芯片相连,该芯片使用阈值鉴别器将电子与背景区分开来,有效地消除了所有读出噪声。这一技术可进行加和模式成像,采集多个短曝光图像并相加在一起。更独特的是,相邻像素可以通讯以减轻荷电共享效应,这与电子的直接检测相结合,从而产生了更高的性能。当束流能量下降至60 keV时,MerlinEM能提供接近理想的DQE和MTF探测器响应。


应用

- 电子衍射

- 4D STEM

- 电子叠层衍射(Ptychography)

- 原位实验


技术参数

高速数据读出

千赫兹的帧速率和连续模式下零死时间,提供了前所未有的实验灵活性,最大限度地减少了样品漂移等的影响,实现单点曝光和“泵浦探测”动态实验。


直接电子探测

单电子事件的无噪声检测。


有效的零噪音读出

每个像素中2 个阈值鉴别器, 实现零读取噪声。


动态范围

高达24 位计数深度,在一幅图像中呈现1 : 1.67x107的强度范围,是记录衍射花样的理想选择。


电荷加和模式

像素之间通讯设计,减轻电荷共享效应,最大限度地提高DQE 和MTF。


宽能量范围和辐射耐受性

最低30keV 阈值,使得低能电子显微成像成为可能。


安装

伸缩式或固定式安装。可安装在多数电子显微镜上。


无需光束遮挡器

耐辐射设计意味着即使在衍射实验中也不需要光束遮挡器。


更多技术信息

混合像素技术

MerlinEM是电子显微镜领域的一项新技术,它是基于混合像素结构的新型电子探测器器。探测器组件由耦合到MEDPIX3芯片的高电阻厚半导体传感器组成。入射电子在传感器中产生电荷,电荷在施加的偏压下扩散到单个像素的CMOS电路(经由微焊球阵列)。每个像素包含>1100个晶体管(在55微米间距内),实现入射电子的片上计数和增强的操作模式(如电荷求和模式)。计数过程包括将采集的电荷与用户选择的能量阈值进行模拟比较,如果超过阈值,则在1MHz下进行数字计数。因此,由于每个像素电子数计数的数据读出是数字,MerlinEM探测器操作没有读出噪声。这是混合像素技术独有的特征,并将其与模拟集成探测器(如CCD技术)彻底区分开来。这种新型探测器可以提供最高的调制传递函数(MTF)和检测量子效率(DQE)方面的成像性能。MerlinEM探测器已经在2D材料研究所需的低能量下展示出理想的综合性能,例如,在60keV能量下对石墨烯以1000帧速进行成像。


电荷求和模式(CSM)

当电子撞击在像素边缘附近时,其产生的电荷可能泄漏到相邻像素中,从而减小MTF。Merlin具有独特的功能,即在电荷求和模式下(Charge Summing Mode, CSM),相邻的四个像素群之间共享信息。当在四个相邻像素上发生电荷扩散时,Merlin识别该信息属于一个像素上的一个事件而不是4个像素上的4个弱事件。通过使用扩散电荷数据重建事件,Merlin提高了分辨率,确保了对事件的准确读取,从而改进了数据结果的质量。


MerlinEM中的像素绑定

MerlinEM提供了通用性强大、多种固有的高速度(由于高度并行化的数字读出)、大动态范围数据采集选项,即:14400fps@1位深度,2400fps@6位深度,1200fps@12位和600fps@24位深度。这些读出模式(不同于CCD技术所采用加速策略)是没有像素绑定的,因此没有像素分辨率或视场的降低。此外,由于检测系统的新型电子计数方法以及全数字读出,MerlinEM系统为零噪声探测和输出,其信噪比(SNR)高达1.67x107∶1。


MerlinEM探测死时间

没有死时间的数据收集!先进的像素结构实现了每个像素的两个读出计数器,提供了一种零检测器死时间的连续读写数据采集模式(而CCD技术依靠非主动检测器帧存储区域来减少检测器的死区)。各种获取模式以及用于优化MerlinEM系统的许多其它输入参数都可以通过用户友好的图形界面轻松选择,也可以通过TCP/IP协议进行远程控制。


MerlinEM的安装

MerlinEM探测器系统实际上是“即插即用”,根据探测器的安装类型(固定式安装或伸缩式安装),探测器只需通过一条或两根电缆连接。Medipix3芯片的功耗非常低(<1瓦),仅需最低限度的冷却,并且不需要连接显微镜冷却水系统或气动设备。读出系统通过最长10米的电缆连接到探测器头上,因此具有极大的灵活性。MerlinEM的安装非常便捷,并设计为不影响其它的透射电镜功能。



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