Пиксельный детектор с широким динамическим диапазоном для сканирующей просвечивающей электронной микроскопии

Описан гибридный пиксельный детектор для электронного микроскопа (EMPAD), адаптированный для применения в электронной микроскопии, прежде всего в качестве универсального детектора для сканирующей просвечивающей электронной микроскопии. Детектор с матрицей 128 × 128 пикселей состоит из кремниевой диодной матрицы толщиной 500 мкм, соединённой пиксель к пикселю с помощью микрошариковых контактов со специализированной интегральной схемой. Встроенная в пиксели электроника обеспечивает динамический диапазон 1 000 000:1 в пределах одного кадра, позволяя регистрировать прямой электронный пучок при сохранении чувствительности к отдельным электронам. Частота регистрации кадров 1,1 кГц обеспечивает быстрый сбор данных и сводит к минимуму искажения изображения из-за дрейфа образца во время сканирования. Регистрация всей дифракционной картины без насыщения в режиме сканирования позволяет одновременно получать информацию о светлом и тёмном поле и фазовом контрасте, а также анализировать полное распределение рассеяния, что обеспечивает полноценную визуализацию по центру масс. Интенсивность рассеяния регистрируется в абсолютных единицах, поэтому можно непосредственно определять, например, локальную толщину образца. В статье описаны архитектура детектора, система сбора данных и предварительные результаты экспериментов с электронными пучками энергией 80–200 кэВ.