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CheeTah系列TEM探測器相機
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先進的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，使CheeTah探測器相機能夠?qū)崿F(xiàn)單電子靈敏度，同時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平臺上低劑量實驗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。可選靜態(tài)底裝或側(cè)插可伸縮安裝方式。
核心特點
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
4）零噪聲，高靈敏，可進行單電子探測
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準SPIDR3的三倍，從而解鎖更強大更先進的成像能力！
混合像素探測技術
Medipix3RX 和 Timepix3 芯片采用的是混合像素探測技術。這項技術由 CERN 開發(fā)，是超快和超靈敏粒子探測器的基礎技術?；旌舷袼靥綔y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)輻射類型進行定制，從而制造適合不同實驗的專用探測器。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行凸點鍵合（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ASI用于商業(yè)用途。
直接探測與粒子計數(shù)原理
每個粒子（光子、電子、X 射線或離子）擊中傳感器表面時，會產(chǎn)生一個電子-空穴對的電荷云。通過偏置電壓，這些電子-空穴對會被收集到凸點鍵合處（像素接觸點）。電子電路能夠記錄該接觸點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計（3-side buttable），可構(gòu)建無縫、無限長度的探測器，寬度為 512 像素。芯片設計時考慮了耐輻射性，即使在極端電子束條件下（Giga eV）也不會劣化。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驗或應用設計（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 向標準Ubuntu工作站傳輸數(shù)據(jù)?？蛇x用升級版SPIDR3 Turbo讀出電子模塊以進一步提高讀出速度。
Medipix3RX工作原理
來自CERN的Medipix3RX芯片設計用于高幀率粒子計數(shù)。粒子計數(shù)指在定義的時間段內(nèi)統(tǒng)計粒子擊中次數(shù)，作為強度數(shù)據(jù)輸出。該芯片可提供全幀強度，幀率可達 2000 fps（@12位連續(xù)讀寫采集、死時間為零；可設最高動態(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，可實現(xiàn)更高速度（最高可達 10000 fps ）。通過閾值設置，數(shù)據(jù)可實現(xiàn)無噪聲輸出。該芯片支持復雜的電荷求和模式，以降低點擴散和串擾。芯片的操作模式類似于傳統(tǒng) CMOS 或 CCD 直接探測相機的幀模式，但在速度、靈敏度、信噪比和動態(tài)范圍等關鍵技術指標上有顯著提升。
基于該芯片的CheeTah M3探測器可以通過設置兩個閾值，同時在多個光譜范圍進行探測；支持最高 24 位計數(shù)深度，實現(xiàn)更長時間的幀采集。在連續(xù)讀寫模式下，12 位計數(shù)深度下可達到每秒 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、高動態(tài)范圍和高幀率的應用。
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采用事件計數(shù)探測技術，事件可區(qū)分的時間分辨率為 1.56 納秒。每次粒子擊中產(chǎn)生如下信息：
1）ToA（Time of Arrival 到達時間）：信號超過閾值的到達時間。
2）ToT（Time over Threshold 過閾值時間）：以時間長短來表達轟擊能量大??；像素中沉積的電荷量，與粒子轟擊能量直接相關。ToT可用于測量堆積（多次撞擊）。
3）X,Y：被轟擊的像素坐標。
Timepix3的固有時間分辨率為1.56納秒，即理論上可實現(xiàn)高達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，標配讀出單元的限制為每秒 8000 萬次轟擊?；谠撔酒腃heeTah T3探測器設有雙通道TDC(時間數(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)集的時間精度高達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）?；赥imepix3的CheeTah T3是理想的TEM探測器，適用于4D STEM、EELS、UEM/PINEM等需要精細時間戳信息的分析應用。
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等高端應用。
Serval軟件
除了標配具有相機操控和圖像數(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說明。通過Serval軟件，CheeTah TEM探測器相機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)
ASI公司使命
ASI是Amsterdam Scientific Instruments公司的譯文縮寫。“我們制造炫酷的探測器。”——這是ASI的高級應用科學家 Erik Maddox 在一次關于公司使命的研討會上半開玩笑地說的。但這恰恰就是 ASI 的真實寫照！自 2011 年起，ASI 致力于設計和制造先進探測器解決方案，幫助化學、物理、材料科學及生物學領域的科學家，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。
幾乎所有科學家每天都在使用探測器，但儀器設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將前沿技術轉(zhuǎn)化為操作簡單、易于集成、免維護、適配多種實驗環(huán)境的儀器設備，讓科學家專注于科研，而不是儀器本身。
ASI的核心技術——混合像素探測器，已在多個領域?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，以及基礎物理化學實驗室的速度映射成像（VMI）等。歡迎聯(lián)系中國區(qū)總代理覃思科技，索取參考文獻等技術資訊，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、標準化廠房等具有較大影響力的一系列項目；產(chǎn)品遠銷白俄羅斯、贊比亞、印尼等國家，得到了一致好評。
關鍵詞： CheeTah系列TEM探測器相機
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