Timepix3 -易于集成的多功能直接探测电子探测器
混合像素探测器技术最初是为了满足欧洲核子中心-CERN大型强子对撞机LHC的粒子跟踪需求而开发的。来自欧洲核子中心-CERN 和一些外部合作小组的研究人员看到了将混合像素探测器技术转移到高能物理领域以外的应用的机会。于是Medipix1 Collaboration 诞生了。Medipix系列是由Medipix Collaborations 开发的一系列用于粒子成像和检测的像素探测器读出芯片。Timepix系列是从 Medipix系列开发演变而来的。其中Timepix芯片更针对于单个粒子的探测以获得时间、轨迹、能量等信息。
目前基于Timepix和Timepix3的探测器，由于其单电子灵敏、高动态范围及独特的事件驱动模式被广泛地应用于电子背散射（EBSD），4维电子显微（4D SEM）等领域。
捷克Advacam公司是一家涵盖传感器制造、微电子封装、混合像素探测器（Timepix，Medipix）及解决方案的全产业链公司，致力于为工业和学术需求开发成像解决方案。
ADVAPIX TPX3F与 MINIPIX TPX3F系列是基于Timepix3芯片的多功能探测器，其探测器与读出采用软排线连接，整个设计非常小巧，性价比高，非常适用于电子显微镜厂家将其二次开发并集成到现有系统中，以提升系统性能。
▲ MINIPIX TPX3F探测器实物展示
▲ ADVAPIX TPX3F探测器实物展示
▲ 使用MINIPIX TPX3F探测器鉴别电子、质子，Alpha粒子及μ介子
ADVAPIX TPX3F与MINIPIX TPX3F主要规格参数
MINIPIX TPX3F | ADVAPIX TPX3F | |
芯片类型 | Timepix3 | |
像素尺寸 | 55 x 55 μm | |
分辨率 | 256 x 256 pixels | |
传感器 | 100µm，300µm，500µm硅，1mm CdTe | |
暗噪声 | 无暗噪声 | |
接口 | 高速USB 2.0 | 超高速USB 3.0 |
事件驱动模式最大读出速度* | 2.35 x 10^6 hits/s | 40 x 10^6 hits / s |
帧模式速率 | 16fps | 30fps |
事件时间分辨能力 | 1.6ns | 1.6ns |
*受限于Flex软排线实际长度
测量模式
类型 | 模式 | 范围 | 描述 |
帧读出模式 （曝光后读出所有像素信息） | Event+iToT | 10 bit + 14 bit | 每次曝光输出两帧数据： 1. Events：每个像素中的事件数量 2. iToT：每个像素中所有事件的过阈总时间 |
iToT | 14 bit | 输出一帧：每个像素中所有事件的过阈总时间 | |
ToA | 18 bit | 输出一帧：ToA+FToA3 =第一个到达像素事件的到达时间 | |
像素/事件驱动模式 （在曝光过程中，连续读出被击中像素信息） | ToT+ToA | 10 bit + 18 bit | 每个像素的每个事件可同时获得: Position, ToT, ToA and FToA |
ToA | 18 bit | 每个像素的每个事件可同时获得: Position, ToA and FToA. | |
Only ToT | 10 bit | 每个像素的每个事件可同时获得: Position and ToT |
ADVAPIX TPX3F与MINIPIX TPX3F像素/事件驱动模式最大读出速率测试：
主要特点
单电子灵敏
零噪声
耐辐射
高动态范围
无读出死时间
主要应用
(4D)STEM in SEM/TEM
µED(microelectron diffraction)
EBSD
EELS
Ptychography
应用案例
ThermoScientific's™ Helios™ 5 UX DualBeam采用了Advacam的探测技术
新一代 Thermo Scientific Helios 5 DualBeam 具有 Helios DualBeam 产品系列领先业界的高性能成像和分析性能。经过精心设计，它可满足材料科学研究人员和工程师对各种聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM) 的需求—即使是最具挑战性的样品。
Helios 5 DualBeam 重新定义了高分辨率成像的标准：高材料对比度、快速、简单和精确的高质量样品制备（用于 S/TEM 成像和原子探针断层扫描 (APT)）以及高质量的亚表面和3D 表征。新一代 Helios 5 DualBeam 在 Helios DualBeam 系列成熟功能的基础上改进优化，旨在确保系统于手动或自动工作流程下的最佳运行状态。
参考发表文章
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.源自捷克技术大学实验及应用物理研究所，致力在多学科交叉业务领域提供硅传感器制造、微电子封装、辐射成像相机和X射线成像解决方案。Advacam最核心的技术特点是其X射线探测器（应用Timepix芯片）、没有拼接缝隙（No Gap），因此在无损检测、生物医学、地质采矿、艺术及中子成像方面有极其突出的表现。Advacam同NASA（美国航空航天局）及ESA（欧洲航空航天局）保持很好的项目合作关系， 其产品及方案也应用于航空航天领域。
北京众星联恒科技有限公司作为捷克Advacam公司在中国区的总代理，也在积极探索和推广光子计数X射线探测技术在中国市场的应用，目前已有众多客户将Minipix、Advapix和Widepix成功应用于空间辐射探测、X射线小角散射、X射线光谱学、X射线应力分析和X射线能谱成像等领域。同时我们也在国内有数台Minipix样机，Widepix 1*5 CdTe的样机可免费借用，我们也非常期待对我们探测器感兴趣或基于探测器应用有新的idea的老师联系我们，我们可以一起尝试做更多的事情。
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