您需要一個中間有洞的成像探測器嗎？
混合像素探測器技術(shù)最初是為了滿足歐洲核子中心- CERN 大型強子對撞機 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器技術(shù)轉(zhuǎn)移到高能物理領(lǐng)域以外的應(yīng)用的機會。于是該技術(shù)在同步輻射多種 X 射線表征技術(shù)，實驗室衍射儀，桌面吸收譜，能譜 CT 等眾多領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。同時為特定應(yīng)用方向開發(fā)的專用探測器紛紛面世。
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AdvaPIX TPX3 QUAD粒子、輻射多功能探測器介紹
目前捷克 Advacam 針對 XRD、SAXS、WAXs 等需要鉛筆輻射束直接通過探測器而不發(fā)生相互作用的相關(guān)應(yīng)用開發(fā)了一款中央開孔的光子計數(shù)、像素化，粒子、輻射探測器—AdvaPIX TPX3 QUAD。該探測器由四個單獨的Timepix3 芯片（256×256 pixels，55 μm）倒裝焊到一個單片傳感器（3×3 cm），傳感器中心有一個直徑為 2.04 mm 的圓孔（也有不開孔的版本）。Advacam提供 Si 和 CdTe 傳感器供客戶選擇，厚度可根據(jù)需求定制。對于芯片的傳感器布局設(shè)計有一個小偏移，在傳感器中心形成一個 39 x 39 pixels 的正方形空間，用于鉆孔，如下圖。
芯片類型 | Timepix3 |
傳感器類型 | Si: 100 μm, 300 μm, 500 μm; CdTe: 1 mm, 2mm |
探測面積 | 28 mm × 28 mm |
中心孔尺寸 | 2.04mm |
像素尺寸 | 55 μm ×55 μm |
像素數(shù) | 512 × 512 |
時間分辨 | 1.6ns |
最大讀出速度 (像素模式) | 47 million pixels/s |
讀出時間（幀模式） | 33ms |
最小可探測能量 | 3 keV （X射線） |
數(shù)據(jù)接口 | USB3.0 |
真空兼容 | 可選 |
類型 | 模式 | 范圍 | 描述 |
幀讀出模式 （曝光后讀出所有像素） | Event+iToT | 10 bit + 14 bit | 每次曝光輸出兩幀： 1. 事件：被擊中像素事件數(shù)量 2. 所有事件像素的過閾時間 |
iToT | 14 bit | 每次曝光輸出一幀： iTOT：所有像素事件的過閾時間 | |
ToA | 18 bit | 每次曝光輸出一幀： ToA+FToA3 = 第一個事件像素的到達(dá)時間 | |
像素驅(qū)動模式 （在曝光過程中，連續(xù)讀出擊中像素） | ToT+ToA | 10 bit + 18 bit | 每個像素的每個事件都是包含：1.位置，2.TOT, 3. ToA, 4. FToA |
ToA | 18bit | 每個像素的每個事件都是包含：1.位置， 2. ToA, 3. FToA | |
Only ToT | 10bit | 每個像素的每個事件都是包含：1.位置， 2. ToA, |
不同類型傳感器探測器效率
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典型應(yīng)用方向
（1）透射 XRD、WAXS 和 SAXS 多功能分析系統(tǒng)
ピンクビームX線用于 XRD 的明顯的優(yōu)勢在于高靈敏度和高分辨率，能夠有效抑制輻射背景以及緊湊的設(shè)計。帶有中心孔的 AdvaPIX TPX3 Quad 探測器更是提供了 4 倍大的立體角覆蓋，并且由于不需要光束阻擋，提高了成像靈敏區(qū)域。通過樣品傳輸?shù)?X 射線束經(jīng)傳感器上的孔，可以在下游附加探測器從而探測到額外的信息。
利用三個固定探測器可以將透射 XRD、WAXS 和 SAXS 結(jié)合成一個系統(tǒng)。第一層Si探測器靠近樣品，記錄 XRD 和 WAXS 信號；透射束攜帶在第二個探測器檢測到的 SAXS 信息繼續(xù)穿過圓孔；直通束繼續(xù)穿過第二層的孔，最后可以由第三層探測器進行測量。
（2）4D STEM 及EELS
基于 Timepix3 的 AdvaPIX TPX3 探測器具有單電子靈敏和逐事例讀出功能，其也廣泛應(yīng)用在電子顯微鏡中，如 4D STEM 和 EELS 等等。利用 Timepix3 芯片的逐事例讀出功能，可以將 STEM 中的停留時間降低至百 ns 量級同時又保證豐富的數(shù)據(jù)集。該方法特別適用于低劑量成像，這是傳統(tǒng)的基于幀模式相機無法達(dá)到的。如下圖，在 STEM 中使用 20μs 的停留時間對多孔碳膜樣品做單輪掃描與 100ns 做 200 輪掃描的成像（明場像和暗場像）結(jié)果幾乎相同。
AdvaPIX TPX3 可以定制提供 Flex 版本，即利用軟排線的設(shè)計方式，將探測器頭和讀出設(shè)備分離，便于把探測器頭靈活安裝在電鏡中。
（3）掃描x射線背散勞埃衍射顯微鏡
來自日本同步輻研究所及東京理科大學(xué)等單位的研究員搭建了一套掃描 x 射線背散勞埃顯微鏡，研究了永磁體中磁體顆粒的尺寸和方向分布，并闡明了其與矯頑力的關(guān)系。
實驗裝置
如上圖 X 射線束穿過帶有 3mm*3mm 中心孔的AdvaPIX TPX3 Quad 探測器，隨之打在樣品上，樣品放置在多維的平移臺上用于調(diào)節(jié)樣品姿態(tài)，探測器會收集向后散射的 X 光。為了選擇合適的光束線進行分析，研究人員分別比較了 BL28B2、BL40XU 和 BL39XU 線站的復(fù)色 X 射線、粉色光束 X 射線（Pink X-ray beam）和納米聚焦單色 X 射線的衍射圖案。由于低背景和使用納米束的優(yōu)點，作者認(rèn)為使用單色 X 射線束是有效的。
參考文獻(xiàn)
1. 隅谷和嗣, et al. "光源の違いによる走査型 X 線後方散亂ラウエ顕微鏡の性能比較." SPring-8/SACLA 利用研究成果集 9.6 (2021): 405-410.
2. 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.
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Advacam S.R.O.源至捷克技術(shù)大學(xué)實驗及應(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、輻射成像相機和X射線成像解決方案。Advacam最核心的技術(shù)特點是其X射線探制器（應(yīng)用CERN Timepix、Medipix芯片），沒有拼接縫隙（No Gap），因此在無損檢測、生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)采礦、空間探測、藝術(shù)品鑒定及中子成像方面有極其突出的表現(xiàn)。Advacam與NASA（美國航空航天局）及ESA（歐洲航空航天局）保持長期良好的項目合作關(guān)系。2021年，spin off子公司Advascope專為電子顯微鏡EM應(yīng)用提供定制化粒子探測系統(tǒng)。
北京眾星聯(lián)恒科技有限公司作為捷克Advacam公司中國區(qū)的總代理，也在積極推廣Timex / Medipix芯片技術(shù)，并探索和推廣光子計數(shù)X射線探測技術(shù)在中國市場的應(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、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。同時我們也有數(shù)臺MiniPIX樣機，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe的樣機，我們也非常期待對我們探測器感興趣或基于探測器應(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。