High Dynamic Range Pixel Array Detector for Scanning Transmission Electron Microscopy

探测器 光学 像素 扫描透射电子显微镜 材料科学 动态范围 扫描电子显微镜 物理 电子 常规透射电子显微镜 显微镜 光电子学 量子力学
作者
Mark W. Täte,Prafull Purohit,Darol Chamberlain,Kayla X. Nguyen,Robert Hovden,Celesta S. Chang,Pratiti Deb,Emrah Turgut,John T. Heron,Darrell G. Schlom,Daniel C. Ralph,Gregory D. Fuchs,Katherine S. Shanks,Hugh T. Philipp,David A. Muller,Sol M. Grüner
出处
期刊:Microscopy and Microanalysis [Oxford University Press]
卷期号:22 (1): 237-249 被引量:396
标识
DOI:10.1017/s1431927615015664
摘要

We describe a hybrid pixel array detector (EMPAD - electron microscope pixel array detector) adapted for use in electron microscope applications, especially as a universal detector for scanning transmission electron microscopy. The 128 x 128 pixel detector consists of a 500 um thick silicon diode array bump-bonded pixel-by-pixel to an application-specific integrated circuit (ASIC). The in-pixel circuitry provides a 1,000,000:1 dynamic range within a single frame, allowing the direct electron beam to be imaged while still maintaining single electron sensitivity. A 1.1 kHz framing rate enables rapid data collection and minimizes sample drift distortions while scanning. By capturing the entire unsaturated diffraction pattern in scanning mode, one can simultaneously capture bright field, dark field, and phase contrast information, as well as being able to analyze the full scattering distribution, allowing true center of mass imaging. The scattering is recorded on an absolute scale, so that information such as local sample thickness can be directly determined. This paper describes the detector architecture, data acquisition (DAQ) system, and preliminary results from experiments with 80 to 200 keV electron beams.
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