| 品牌 | 其他品牌 | 探測技術(shù) | Medipix3/Timepix3混合像素 |
|---|---|---|---|
| 基本像素尺寸 | 55 × 55 μm | 單芯片陣列 | 256 × 256像素 |
| T3 Quad陣列 | 512 × 512像素 | Ultra系列陣列 | 1024 × 512像素 |
| ToA時間分辨率 | 1.56 ns | 外部TDC時間標(biāo)記 | 260 ps |
| M3 Mega幀率 | 約3000 fps（12-bit模式） |
昊量/星朗CheeTah系列TEM探測器相機(jī)
ASI混合像素探測 - 昊量/星朗CheeTah系列TEM探測器相機(jī)
混合像素納秒級超快TEM探測器
公司簡介
阿姆斯特丹科學(xué)儀器（Amsterdam Scientific Instruments，ASI）是一家專注于科學(xué)探測與成像技術(shù)的歐洲科技企業(yè)，致力于為電子顯微、材料科學(xué)、生命科學(xué)及量子研究等領(lǐng)域提供高性能探測解決方案。公司基于Medipix、Timepix等混合像素探測技術(shù)，開發(fā)了面向TEM、SEM及光子探測等應(yīng)用的系列產(chǎn)品，具有高速讀出、單粒子探測、高動態(tài)范圍和高時間分辨等特點(diǎn)。ASI注重探測器硬件、讀出電子學(xué)與軟件系統(tǒng)的協(xié)同開發(fā)，為科研機(jī)構(gòu)、高校及實(shí)驗室提供靈活的探測與數(shù)據(jù)采集解決方案，滿足4D-STEM、電子衍射、時間分辨成像等前沿科研需求。
CheeTah產(chǎn)品簡介
CheeTah系列是Amsterdam Scientific Instruments（ASI）推出的高速TEM直接電子探測器，采用Medipix3/Timepix3混合像素探測技術(shù)，具有單電子靈敏度、高速讀出、高動態(tài)范圍、低噪聲及納秒級時間分辨等特點(diǎn)。產(chǎn)品適用于4D-STEM、MicroED、3D電子衍射、原位TEM、時間分辨電子顯微及低劑量成像等應(yīng)用，可滿足材料科學(xué)、晶體學(xué)、納米材料及生命科學(xué)等領(lǐng)域的高性能電子探測需求。另外，ASI可根據(jù)具體接口條件，將CheeTah系統(tǒng)安裝或改裝到Thermo Fisher、JEOL、Hitachi和Zeiss等品牌的TEM平臺上。
混合像素直接探測原理
傳統(tǒng)TEM相機(jī)通常利用熒光屏將電子轉(zhuǎn)換成光，再由ccd或cmos傳感器積分成像。CheeTah采用直接電子探測方式：入射電子進(jìn)入半導(dǎo)體傳感器后產(chǎn)生電子—空穴對，在偏置電場作用下形成電荷信號，并由對應(yīng)像素中的電子學(xué)電路直接放大和數(shù)字化。
CheeTah的傳感器層與讀出芯片分別制造，再通過像素級凸點(diǎn)鍵合（bump bonding）連接。這種混合像素結(jié)構(gòu)具有兩方面優(yōu)勢：
1.可根據(jù)電子能量及實(shí)驗要求選擇適合的傳感器材料；
2.每個像素?fù)碛歇?dú)立的信號放大、閾值判斷和數(shù)字讀出電路。
Medipix3和Timepix3芯片的基本像素尺寸均為55 × 55 μm，單芯片陣列為256 × 256像素。探測閾值可設(shè)置在電子噪聲水平之上，只有超過閾值的有效信號才會被記錄。
CheeTah主要型號
| 型號 | 核心配置 | 主要特點(diǎn) | 推薦應(yīng)用 |
| CheeTah T3 Quad | Timepix3四芯片，512 × 512像素 | 事件驅(qū)動；像素ToA時間分辨率1.56 ns；外部tdc時間標(biāo)記可達(dá)260 ps | 超高速4D-STEM、UEM、U-TEM、U-EELS、時間分辨電子實(shí)驗 |
| CheeTah Ultra M3 | Medipix3，1024 × 512像素 | 大探測面積、無芯片間傳感器間隙、高速幀式計數(shù) | 3D-ED、MicroED、EELS、大視場衍射 |
| CheeTah Ultra T3 | Timepix3，1024 × 512像素 | 大面積事件探測，同時保留位置、時間和ToT信息 | 4D-STEM、UEM、U-EELS及多用途時間分辨實(shí)驗 |
| CheeTah M3 Mega | Medipix3大面積探測器 | 12-bit模式下蕞高約3,000 fps；適合大晶胞和高通量3D-ED | cRED、MicroED、納米晶結(jié)構(gòu)解析、自動化3D-ED |
產(chǎn)品優(yōu)勢
單電子靈敏度與低劑量成像：像素閾值可設(shè)定在電子噪聲以上，從而實(shí)現(xiàn)單電子計數(shù)，并減少長時間積分產(chǎn)生的暗電流和讀出噪聲。該特性特別適合有機(jī)晶體、MOF、蛋白質(zhì)晶體、二維材料和其他電子束敏感樣品。
直接探測與高信噪比：入射電子直接在傳感器中產(chǎn)生電荷，不需要傳統(tǒng)熒光屏—光學(xué)耦合鏈路，減少了光擴(kuò)散和轉(zhuǎn)換損失，有利于獲得較高的探測效率和衍射斑點(diǎn)定位精度。
高速、連續(xù)的數(shù)據(jù)采集：Medipix3適合高速幀式成像和連續(xù)旋轉(zhuǎn)電子衍射；Timepix3則以連續(xù)事件流方式記錄電子，可用于高速掃描、稀疏電子束（如：晶體衍射圖樣）和時間分辨實(shí)驗。
耐輻照與直束探測能力：混合像素探測器針對高能粒子和輻射探測設(shè)計，能夠承受電子束長期照射，并可在適當(dāng)實(shí)驗條件下記錄包含直射電子束的衍射圖樣。
一次采集，多種分析：CheeTah記錄的二維衍射數(shù)據(jù)或電子事件流可進(jìn)一步用于：虛擬明場、暗場和環(huán)形暗場成像；DPC與質(zhì)心（Center of Mass）分析；相位映射（Phase Mapping）；晶體取向映射（Orientation Mapping）；應(yīng)變映射（Strain Mapping）；電子疊層衍射成像（Ptychography）；時間切片、泵浦—探測和瞬態(tài)差分分析。CheeTah提供的是上述算法所需的原始數(shù)據(jù)；具體重建能力還取決于掃描系統(tǒng)、同步方式及所采用的數(shù)據(jù)處理軟件。
SERVAL軟件
除了標(biāo)配具有相機(jī)操控和圖像數(shù)據(jù)采集等功能的ACCOS軟件，ASI還提供成熟的HTTP REST API（Serval軟件），用于相機(jī)的外部控制和靈活的系統(tǒng)集成。提供Python與C++等示例代碼及其詳細(xì)說明。通過Serval軟件，CheeTah TEM探測器相機(jī)可被集成到以下軟件：
1）SerialEM(cryo-EM 自動化控制軟件)
2）Instamatic(專注于TEM自動采集)
3）PantaRhei(事件型數(shù)據(jù)處理分析軟件)
4）LiberTEM(開源并行cryo-EM數(shù)據(jù)處理框架軟件)
CheeTah系列應(yīng)用方向
三維電子衍射、MicroED與cRED：
納米晶體可能只有數(shù)十至數(shù)百納米，遠(yuǎn)小于常規(guī)X射線單晶衍射所要求的晶體尺寸。CheeTah可在低電子劑量下高速記錄連續(xù)傾轉(zhuǎn)過程中的電子衍射圖樣，形成三維倒易空間數(shù)據(jù)，用于晶胞確定、強(qiáng)度提取和晶體結(jié)構(gòu)解析。Stockholm University的Xiaodong Zou教授在ASI用戶評價中指出，Medipix3探測器與連續(xù)旋轉(zhuǎn)電子衍射結(jié)合后，可顯著改善數(shù)據(jù)質(zhì)量，并將部分?jǐn)?shù)據(jù)采集過程由數(shù)小時縮短至數(shù)分鐘。
4D-STEM：
在4D-STEM實(shí)驗中，電子探針在樣品二維平面上掃描，并在每個掃描位置記錄一幅二維衍射圖樣，從而獲得：(x,y,k_x,k_y)。Timepix3的事件驅(qū)動讀出可將每個電子事件的時間戳與掃描位置關(guān)聯(lián)，減少傳統(tǒng)幀率對掃描駐留時間的限制。相關(guān)研究已實(shí)現(xiàn)蕞低約100 ns的掃描駐留時間，適用于快速、低劑量4D-STEM。基于這些數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步開展DPC、相位成像、Ptychography、晶體取向和應(yīng)變分析。
超快電子顯微鏡（UEM/U-TEM）：
CheeTah T3可記錄每個電子事件的到達(dá)時間，并通過外部TDC接收飛秒激光同步、電子束門控或延遲掃描信號。由此可把電子事件按照激光—電子相對延遲重新分類，研究載流子輸運(yùn)、光誘導(dǎo)相變、局域場變化和其他瞬態(tài)過程。
超快EELS（U-EELS）：
在事件型EELS中，Timepix3可記錄每個電子在能量色散方向的位置和到達(dá)時間，并將掃描器同步信號寫入同一數(shù)據(jù)流。這樣可在后處理中重建具有空間、能量和時間維度的超光譜數(shù)據(jù)集，支持納秒尺度的動態(tài)EELS和泵浦—探測實(shí)驗。
自動化Cryo-EM工作流程：
公開研究已將Timepix3混合像素探測器集成到SerialEM控制的Cryo-EM單顆粒分析流程中，并獲得了3.01 ?分辨率的BfrB結(jié)構(gòu)。該工作說明事件驅(qū)動探測器能夠與自動化顯微鏡控制和單顆粒重建流程結(jié)合，但具體CheeTah系統(tǒng)是否包含相應(yīng)接口和插件，應(yīng)以項目配置為準(zhǔn)。
上海市徐匯區(qū)虹梅路2007號6號樓3樓
info@auniontech.com
