Timepix3 -易于集成的多功能直接探測(cè)電子探測(cè)器
混合像素探測(cè)器技術(shù)最初是為了滿足歐洲核子中心-CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC的粒子跟蹤需求而開發(fā)的。來自歐洲核子中心-CERN 和一些外部合作小組的研究人員看到了將混合像素探測(cè)器技術(shù)轉(zhuǎn)移到高能物理領(lǐng)域以外的應(yīng)用的機(jī)會(huì)。于是Medipix1 Collaboration 誕生了。Medipix系列是由Medipix Collaborations 開發(fā)的一系列用于粒子成像和檢測(cè)的像素探測(cè)器讀出芯片。Timepix系列是從 Medipix系列開發(fā)演變而來的。其中Timepix芯片更針對(duì)于單個(gè)粒子的探測(cè)以獲得時(shí)間、軌跡、能量等信息。
目前基于Timepix和Timepix3的探測(cè)器，由于其單電子靈敏、高動(dòng)態(tài)范圍及獨(dú)特的事件驅(qū)動(dòng)模式被廣泛地應(yīng)用于電子背散射（EBSD），4維電子顯微（4D SEM）等領(lǐng)域。
捷克Advacam公司是一家涵蓋傳感器制造、微電子封裝、混合像素探測(cè)器（Timepix，Medipix）及解決方案的全產(chǎn)業(yè)鏈公司，致力于為工業(yè)和學(xué)術(shù)需求開發(fā)成像解決方案。
ADVAPIX TPX3F與 MINIPIX TPX3F系列是基于Timepix3芯片的多功能探測(cè)器，其探測(cè)器與讀出采用軟排線連接，整個(gè)設(shè)計(jì)非常小巧，性價(jià)比高，非常適用于電子顯微鏡廠家將其二次開發(fā)并集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，以提升系統(tǒng)性能。
▲ MINIPIX TPX3F探測(cè)器實(shí)物展示
▲ ADVAPIX TPX3F探測(cè)器實(shí)物展示
▲ 使用MINIPIX TPX3F探測(cè)器鑒別電子、質(zhì)子，Alpha粒子及μ介子
ADVAPIX TPX3F與MINIPIX TPX3F主要規(guī)格參數(shù)
MINIPIX TPX3F | ADVAPIX TPX3F | |
芯片類型 | Timepix3 | |
像素尺寸 | 55 x 55 μm | |
分辨率 | 256 x 256 pixels | |
傳感器 | 100μm，300μm，500μm硅，1mm CdTe | |
暗噪聲 | 無(wú)暗噪聲 | |
接口 | 高速USB 2.0 | 超高速USB 3.0 |
事件驅(qū)動(dòng)模式最大讀出速度* | 2.35 x 10^6 hits/s | 40 x 10^6 hits / s |
幀模式速率 | 16fps | 30fps |
事件時(shí)間分辨能力 | 1.6ns | 1.6ns |
*受限于Flex軟排線實(shí)際長(zhǎng)度
測(cè)量模式
類型 | 模式 | 范圍 | 描述 |
幀讀出模式 （曝光后讀出所有像素信息） | Event+iToT | 10 bit + 14 bit | 每次曝光輸出兩幀數(shù)據(jù)： 1. Events：每個(gè)像素中的事件數(shù)量 2. iToT：每個(gè)像素中所有事件的過閾總時(shí)間 |
iToT | 14 bit | 輸出一幀：每個(gè)像素中所有事件的過閾總時(shí)間 | |
ToA | 18 bit | 輸出一幀：ToA+FToA3 =第一個(gè)到達(dá)像素事件的到達(dá)時(shí)間 | |
像素/事件驅(qū)動(dòng)模式 （在曝光過程中，連續(xù)讀出被擊中像素信息） | ToT+ToA | 10 bit + 18 bit | 每個(gè)像素的每個(gè)事件可同時(shí)獲得: Position, ToT, ToA and FToA |
ToA | 18 bit | 每個(gè)像素的每個(gè)事件可同時(shí)獲得: Position, ToA and FToA. | |
Only ToT | 10 bit | 每個(gè)像素的每個(gè)事件可同時(shí)獲得: Position and ToT |
ADVAPIX TPX3F與MINIPIX TPX3F像素/事件驅(qū)動(dòng)模式最大讀出速率測(cè)試：
主要特點(diǎn)
單電子靈敏
零噪聲
耐輻射
高動(dòng)態(tài)范圍
無(wú)讀出死時(shí)間
主要應(yīng)用
(4D)STEM in SEM/TEM
μED(microelectron diffraction)
EBSD
EELS
Ptychography
應(yīng)用案例
ThermoScientific's? Helios? 5 UX DualBeam采用了Advacam的探測(cè)技術(shù)
新一代 Thermo Scientific Helios 5 DualBeam 具有 Helios DualBeam 產(chǎn)品系列領(lǐng)先業(yè)界的高性能成像和分析性能。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，它可滿足材料科學(xué)研究人員和工程師對(duì)各種聚焦離子束掃描電子顯微鏡 (FIB-SEM) 的需求—即使是最具挑戰(zhàn)性的樣品。
Helios 5 DualBeam 重新定義了高分辨率成像的標(biāo)準(zhǔn)：高材料對(duì)比度、快速、簡(jiǎn)單和精確的高質(zhì)量樣品制備（用于 S/TEM 成像和原子探針斷層掃描 (APT)）以及高質(zhì)量的亞表面和3D 表征。新一代 Helios 5 DualBeam 在 Helios DualBeam 系列成熟功能的基礎(chǔ)上改進(jìn)優(yōu)化，旨在確保系統(tǒng)于手動(dòng)或自動(dòng)工作流程下的最佳運(yùn)行狀態(tài)。
參考發(fā)表文章
Jannis, Daen, et al. "Event driven 4D STEM acquisition with a Timepix3 detector: microsecond dwell time and faster scans for high precision and low dose applications." Ultramicroscopy 233 (2022): 113423.
Foden, Alex, Alessandro Previero, and Thomas Benjamin Britton. "Advances in electron backscatter diffraction." arXiv preprint arXiv:1908.04860 (2019).
Gohl, S., and F. Němec. "A New Method for Separation of Electrons and Protons in a Space Radiation Field Developed for a Timepix3 Based Radiation Monitor."
Mingard, K. P., et al. "Practical application of direct electron detectors to EBSD mapping in 2D and 3D." Ultramicroscopy 184 (2018): 242-251.
ADVACAM
Advacam S.R.O.源自捷克技術(shù)大學(xué)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用物理研究所，致力在多學(xué)科交叉業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供硅傳感器制造、微電子封裝、輻射成像相機(jī)和X射線成像解決方案。Advacam最核心的技術(shù)特點(diǎn)是其X射線探測(cè)器（應(yīng)用Timepix芯片）、沒有拼接縫隙（No Gap），因此在無(wú)損檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)采礦、藝術(shù)及中子成像方面有極其突出的表現(xiàn)。Advacam同NASA（美國(guó)航空航天局）及ESA（歐洲航空航天局）保持很好的項(xiàng)目合作關(guān)系， 其產(chǎn)品及方案也應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。
北京眾星聯(lián)恒科技有限公司作為捷克Advacam公司在中國(guó)區(qū)的總代理，也在積極探索和推廣光子計(jì)數(shù)X射線探測(cè)技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用，目前已有眾多客戶將Minipix、Advapix和Widepix成功應(yīng)用于空間輻射探測(cè)、X射線小角散射、X射線光譜學(xué)、X射線應(yīng)力分析和X射線能譜成像等領(lǐng)域。同時(shí)我們也在國(guó)內(nèi)有數(shù)臺(tái)Minipix樣機(jī)，Widepix 1*5 CdTe的樣機(jī)可免費(fèi)借用，我們也非常期待對(duì)我們探測(cè)器感興趣或基于探測(cè)器應(yīng)用有新的idea的老師聯(lián)系我們，我們可以一起嘗試做更多的事情。
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