天游线路检测中心 像素型STEM检测器“4DCanvas™”获取的应用数据介绍
EM2020-08
简介
扫描透射电子显微镜 (STEM) 涉及使用聚焦电子探针扫描样品。在传统的 STEM 探测器中，衍射图案中的强度分布在探测器平面上积分，因此无法提取取决于散射角或散射方向的详细信息。在像素型 STEM 探测器中，通过使用 CCD 或 CMOS 等图像传感器将每个二维 STEM 探针位置处的衍射图案记录为二维图像，并将其视为四维数据，可以有效利用传统 STEM 探测器中丢失的信息。这次，我们将介绍使用像素型 STEM 检测器“4DCanvas™”获得的数据的示例。
高速像素型 STEM 探测器“4DCanvas™”
通过同步 STEM 探针在样本上的移动和传感器读出时序，可以使用与正常 STEM 图像采集相同的操作轻松采集四维数据。该探测器的图像传感器采用pnCCD（由PNDetector GmbH制造）。像素数量为 264 x 264 像素，足以用作 STEM 探测器。pnCCD是一种不使用闪烁体直接检测电子的CCD。每个入射电子的信号高于读出噪声，并且量子效率几乎100%，因此可以可靠地记录单个入射电子的信号。最快的阅读速度7,500fps实现高速图像捕捉。
像素型STEM探测器
4DCanvas™ 的外观pnCCD 规格
| 探测器类型 | 背照式直接电子检测 CCD |
| 像素大小 | 48×48um2 |
| 像素数 | 264×264像素 |
| 帧速率*（分箱程度）（像素数） | 2,000fps（全帧读出）(264x264)4,000fps（2 倍合并）(264x132) 7,500fps（4 倍合并）(264x66) |
| 信噪比 | 典型值。 300:1 |
| 量子效率 | 典型值>99% @20kV~300kV |
| 操作模式 | 单电子模式（在非常低的强度下效果最好）成像模式（成像标准模式）防溢出模式（减少高强度下的溢出） |
| 辐射硬度 | >4×1017电子/cm2@200kV |
*带加速选项
应用数据
第 1 部分：使用虚拟光圈创建暗场 STEM 图像
通过在衍射图案中放置虚拟光圈，可以创建各种类型的明暗场 STEM 图像。在此示例中，从含有 ω 相沉淀物的铝合金中获得四维数据，并且沉淀物在每个方向上可视化为单独的 STEM 图像。
- 样品：铝合金
- 加速电压：200kV(JEM-ARM200F)
- STEM图像像素数：512×512
- 4DCanvas™的像素数：264×264（无bin）
- 帧速率：1,000fps（停留时间：1ms）
- 数据采集时间：262s
第 2 部分：在示例中创建电场图
如果样品中存在电磁场，电子束就会偏转，在 STEM 检测器表面上，这种偏转对应于衍射图案的位置偏移。这种位置偏移可以通过计算每个探针位置处的衍射图样的质心来检测，并且可以转化为样品中的电磁场矢量。
- 样品：GaAs 中的 PN 结
- 加速电压：200kV(JEM-ARM200F)
- STEM图像像素数：512×512
- 4DCanvas™的像素数：264×264（无bin）
- 帧速率：1,000fps（停留时间：1ms）
- 数据采集时间：262s
第 3 部分：使用 ptychography 进行高信噪比相位图像重建
Ptychography是一种重建样本相位图的图像处理方法。通过在空间频域对四维数据集进行滤波，可以重建高S/N和高对比度的相位图。由于对所有空间频率进行滤波，因此它不仅适用于结晶样品，也适用于非晶样品。
- 样品：2层石墨烯
- 加速电压：80kV(JEM-ARM200F)
- STEM图像像素数：256×256
- 4DCanvas™的像素数：264×66(4-fold bin)
- 帧速率：4,000fps(停留时间:250us)
- 数据采集时间：16秒
摘要
高速像素型STEM探测器“4DCanvas™”使得获得传统STEM探测器无法获得的新型STEM图像成为可能，如下所示。
- 通过在衍射图案中放置虚拟孔径，我们能够将铝合金中的 ω 相沉淀物可视化为每个方向的单独 STEM 图像。
- 我们能够可视化源自 GaAs PN 结的电场。
- 双层石墨烯中的晶格缺陷可以通过叠层照相术清晰地观察到。
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