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CheeTah系列TEM探測器相機(jī)
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先進(jìn)的CheeTah系列TEM探測器
荷蘭ASI出品的CheeTah系列是用于透射電子顯微鏡（TEM）平臺的混合像素探測器。它充分利用了 Medipix3RX和Timepix3技術(shù)，使CheeTah探測器相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)單電子靈敏度，同時(shí)支持高速且無噪聲的數(shù)據(jù)采集，為提升普通TEM的功能提供了前所未有的可能性。此外，它也是TEM平臺上低劑量實(shí)驗(yàn)和電子束敏感材料研究的首選探測器。CheeTah 可以安裝在任意類型的TEM上，如 ThermoFisher 、JEOL 、Hitachi 等品牌?？蛇x靜態(tài)底裝或側(cè)插可伸縮安裝方式。
核心特點(diǎn)
1）直接電子探測，無需通過閃爍體二次轉(zhuǎn)換
2）混合像素探測器，像素尺寸 55 μm
3）耐輻射（Giga eV 級）且免維護(hù)
4）零噪聲，高靈敏，可進(jìn)行單電子探測
5）可虛擬 BF、DF、ADF、HAADF 探測器
6）超高速數(shù)據(jù)采集能力，可選升級版的SPIDR3 Turbo讀出模塊，事件讀出速率幾乎提升至標(biāo)準(zhǔn)SPIDR3的三倍，從而解鎖更強(qiáng)大更先進(jìn)的成像能力！
混合像素探測技術(shù)
Medipix3RX 和 Timepix3 芯片采用的是混合像素探測技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)由 CERN 開發(fā)，是超快和超靈敏粒子探測器的基礎(chǔ)技術(shù)。混合像素探測器由傳感材料和讀出電子芯片模塊組成（通常稱為“芯片”）。傳感材料可以根據(jù)輻射類型進(jìn)行定制，從而制造適合不同實(shí)驗(yàn)的專用探測器。常用的傳感材料包括 Si（硅）、GaAs（砷化鎵）和 CdTe（碲化鎘）。傳感材料通過無塵室工藝與芯片進(jìn)行凸點(diǎn)鍵合（bump-bonding）；鍵合過程決定了傳感器的像素尺寸，通常為 55 μm。CERN 已將 Medipix3RX 和 Timepix3 授權(quán)ASI用于商業(yè)用途。
直接探測與粒子計(jì)數(shù)原理
每個(gè)粒子（光子、電子、X 射線或離子）擊中傳感器表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對的電荷云。通過偏置電壓，這些電子-空穴對會(huì)被收集到凸點(diǎn)鍵合處（像素接觸點(diǎn)）。電子電路能夠記錄該接觸點(diǎn)的電荷并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。傳感器的高增益使得可以設(shè)置較低閾值，從而消除傳感器的固有噪聲。這使芯片能夠執(zhí)行粒子計(jì)數(shù)而非電荷積分，從而生成無噪聲數(shù)據(jù)集。粒子直接轉(zhuǎn)化為電子信號的效率非常高，因此混合像素探測器比其他間接探測器（如 CCD）更加靈敏。Medipix3RX 芯片最多可定義 8 個(gè)不同閾值，因此也可用于能量分辨探測（如 X 射線或伽馬射線）。
Medipix3RX與Timepix3芯片
兩種芯片的幾何尺寸相同，像素為 55 μm × 55 μm，排列為 256×256 像素陣列。芯片為三邊可拼接設(shè)計(jì)（3-side buttable），可構(gòu)建無縫、無限長度的探測器，寬度為 512 像素。芯片設(shè)計(jì)時(shí)考慮了耐輻射性，即使在極端電子束條件下（Giga eV）也不會(huì)劣化。鍵合到傳感器后，芯片被放置在專用芯片板上，芯片板通常針對特定實(shí)驗(yàn)或應(yīng)用設(shè)計(jì)（如高端 TEM 或中子探測器）。芯片板通過 PCB 或柔性扁平電纜連接到讀出電子模塊。讀出電子模塊通過 TCP/UDP 向標(biāo)準(zhǔn)Ubuntu工作站傳輸數(shù)據(jù)?？蛇x用升級版SPIDR3 Turbo讀出電子模塊以進(jìn)一步提高讀出速度。
Medipix3RX工作原理
來自CERN的Medipix3RX芯片設(shè)計(jì)用于高幀率粒子計(jì)數(shù)。粒子計(jì)數(shù)指在定義的時(shí)間段內(nèi)統(tǒng)計(jì)粒子擊中次數(shù)，作為強(qiáng)度數(shù)據(jù)輸出。該芯片可提供全幀強(qiáng)度，幀率可達(dá) 2000 fps（@12位連續(xù)讀寫采集、死時(shí)間為零；可設(shè)最高動(dòng)態(tài)范圍為24位）。芯片可在不同速度下工作，通過降低信號位深，可實(shí)現(xiàn)更高速度（最高可達(dá) 10000 fps ）。通過閾值設(shè)置，數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)無噪聲輸出。該芯片支持復(fù)雜的電荷求和模式，以降低點(diǎn)擴(kuò)散和串?dāng)_。芯片的操作模式類似于傳統(tǒng) CMOS 或 CCD 直接探測相機(jī)的幀模式，但在速度、靈敏度、信噪比和動(dòng)態(tài)范圍等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上有顯著提升。
基于該芯片的CheeTah M3探測器可以通過設(shè)置兩個(gè)閾值，同時(shí)在多個(gè)光譜范圍進(jìn)行探測；支持最高 24 位計(jì)數(shù)深度，實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間的幀采集。在連續(xù)讀寫模式下，12 位計(jì)數(shù)深度下可達(dá)到每秒 2000 幀的高速采集。CheeTah M3是理想的TEM探測器，適用于3D ED電子衍射晶體解構(gòu)等需要高光譜能力、高動(dòng)態(tài)范圍和高幀率的應(yīng)用。
Timepix3工作原理
來自CERN的Timepix3是一種顛覆傳統(tǒng)成像方式的探測芯片。與傳統(tǒng)幀成像概念不同，Timepix3在粒子擊中事件發(fā)生后立即生成數(shù)據(jù)，事件列表中的數(shù)據(jù)組合處理成所需的任意幀圖像。Timepix3采用事件計(jì)數(shù)探測技術(shù)，事件可區(qū)分的時(shí)間分辨率為 1.56 納秒。每次粒子擊中產(chǎn)生如下信息：
1）ToA（Time of Arrival 到達(dá)時(shí)間）：信號超過閾值的到達(dá)時(shí)間。
2）ToT（Time over Threshold 過閾值時(shí)間）：以時(shí)間長短來表達(dá)轟擊能量大?。幌袼刂谐练e的電荷量，與粒子轟擊能量直接相關(guān)。ToT可用于測量堆積（多次撞擊）。
3）X,Y：被轟擊的像素坐標(biāo)。
Timepix3的固有時(shí)間分辨率為1.56納秒，即理論上可實(shí)現(xiàn)高達(dá)6.4億幀每秒的事件記錄，但單芯片的最大擊中速率受讀出電子限制，標(biāo)配讀出單元的限制為每秒 8000 萬次轟擊。基于該芯片的CheeTah T3探測器設(shè)有雙通道TDC(時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換)輸入，用來和脈沖激光、TEM掃描單元、SPAD雪崩二極管探測器等外源信號同步，寫入數(shù)據(jù)集的時(shí)間精度高達(dá)260皮秒。如需操控beam blanker束閘（對于束敏感樣品），建議配置Trigger box（觸發(fā)盒）。基于Timepix3的CheeTah T3是理想的TEM探測器，適用于4D STEM、EELS、UEM/PINEM等需要精細(xì)時(shí)間戳信息的分析應(yīng)用。
Cheetah M3/T3 Ultra
除了用于3D ED電子衍射晶體結(jié)構(gòu)分析的CheeTah M3 Quad(512 x 512)、CheeTah M3 Megapixel (1024 x 1024) 以及用于4D STEM研究的CheeTah T3 Quad(512 x 512)等TEM探測器型號可選之外，ASI新近推出Cheetah M3/T3 Ultra(512 x 1024)長方形探測器，可實(shí)現(xiàn)無間隙探測(GAP-FREE)，非常適合EELS、疊層衍射圖像(Ptychography)和UEM/PINEM等高端應(yīng)用。
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(dòng)化控制軟件)
2）Instamatic(專注于TEM自動(dòng)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)
ASI公司使命
ASI是Amsterdam Scientific Instruments公司的譯文縮寫?！拔覀冎圃祆趴岬奶綔y器?！薄@是ASI的高級應(yīng)用科學(xué)家 Erik Maddox 在一次關(guān)于公司使命的研討會(huì)上半開玩笑地說的。但這恰恰就是 ASI 的真實(shí)寫照！自 2011 年起，ASI 致力于設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)探測器解決方案，幫助化學(xué)、物理、材料科學(xué)及生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家，將研究提升到新的高度。探測器是分析儀器的核心組成部分——更好的探測器意味著更快的數(shù)據(jù)采集、更高的靈敏度，以及突破性的檢測能力。
幾乎所有科學(xué)家每天都在使用探測器，但儀器設(shè)備本身并不總能引起他們的興趣。ASI的使命是讓探測器變得“觸手可及”：ASI將前沿技術(shù)轉(zhuǎn)化為操作簡單、易于集成、免維護(hù)、適配多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境的儀器設(shè)備，讓科學(xué)家專注于科研，而不是儀器本身。
ASI的核心技術(shù)——混合像素探測器，已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性研究，包括但不限于SEM或TEM中的電子衍射、同步束線的中子探測、單光子等粒子研究，以及基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的速度映射成像（VMI）等。歡迎聯(lián)系中國區(qū)總代理覃思科技，索取參考文獻(xiàn)等技術(shù)資訊，獲取更多靈感！
具有鋼結(jié)構(gòu)工程專業(yè)承包二級資質(zhì)、建筑工程施工總承包貳級資質(zhì)；公司主營產(chǎn)品包括重鋼、輕鋼、網(wǎng)架及檁條、彩鋼板等鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；近年來，公司承接了國內(nèi)外大型結(jié)構(gòu)件、橋梁、車庫、標(biāo)準(zhǔn)化廠房等具有較大影響力的一系列項(xiàng)目；產(chǎn)品遠(yuǎn)銷白俄羅斯、贊比亞、印尼等國家，得到了一致好評。
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