您需要一个中间有洞的成像探测器吗？
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。于是该技术在同步辐射多种 X 射线表征技术，实验室衍射仪，桌面吸收谱，能谱 CT 等众多领域有了广泛的应用。同时为特定应用方向开发的专用探测器纷纷面世。
1
AdvaPIX TPX3 QUAD粒子、辐射多功能探测器介绍
目前捷克 Advacam 针对 XRD、SAXS、WAXs 等需要铅笔辐射束直接通过探测器而不发生相互作用的相关应用开发了一款中央开孔的光子计数、像素化，粒子、辐射探测器—AdvaPIX TPX3 QUAD。该探测器由四个单独的Timepix3 芯片（256×256 pixels，55 μm）倒装焊到一个单片传感器（3×3 cm），传感器中心有一个直径为 2.04 mm 的圆孔（也有不开孔的版本）。Advacam提供 Si 和 CdTe 传感器供客户选择，厚度可根据需求定制。对于芯片的传感器布局设计有一个小偏移，在传感器中心形成一个 39 x 39 pixels 的正方形空间，用于钻孔，如下图。
芯片类型 | Timepix3 |
传感器类型 | Si: 100 μm, 300 μm, 500 μm; CdTe: 1 mm, 2mm |
探测面积 | 28 mm × 28 mm |
中心孔尺寸 | 2.04mm |
像素尺寸 | 55 μm ×55 μm |
像素数 | 512 × 512 |
时间分辨 | 1.6ns |
最大读出速度 (像素模式) | 47 million pixels/s |
读出时间（帧模式） | 33ms |
最小可探测能量 | 3 keV （X射线） |
数据接口 | USB3.0 |
真空兼容 | 可选 |
类型 | 模式 | 范围 | 描述 |
帧读出模式 （曝光后读出所有像素） | Event+iToT | 10 bit + 14 bit | 每次曝光输出两帧： 1. 事件：被击中像素事件数量 2. 所有事件像素的过阈时间 |
iToT | 14 bit | 每次曝光输出一帧： iTOT：所有像素事件的过阈时间 | |
ToA | 18 bit | 每次曝光输出一帧： ToA+FToA3 = 第一个事件像素的到达时间 | |
像素驱动模式 （在曝光过程中，连续读出击中像素） | ToT+ToA | 10 bit + 18 bit | 每个像素的每个事件都是包含：1.位置，2.TOT, 3. ToA, 4. FToA |
ToA | 18bit | 每个像素的每个事件都是包含：1.位置， 2. ToA, 3. FToA | |
Only ToT | 10bit | 每个像素的每个事件都是包含：1.位置， 2. ToA, |
不同类型传感器探测器效率
2
典型应用方向
（1）透射 XRD、WAXS 和 SAXS 多功能分析系统
ピンクビームX線用于 XRD 的明显的优势在于高灵敏度和高分辨率，能够有效抑制辐射背景以及紧凑的设计。带有中心孔的 AdvaPIX TPX3 Quad 探测器更是提供了 4 倍大的立体角覆盖，并且由于不需要光束阻挡，提高了成像灵敏区域。通过样品传输的 X 射线束经传感器上的孔，可以在下游附加探测器从而探测到额外的信息。
利用三个固定探测器可以将透射 XRD、WAXS 和 SAXS 结合成一个系统。第一层Si探测器靠近样品，记录 XRD 和 WAXS 信号；透射束携带在第二个探测器检测到的 SAXS 信息继续穿过圆孔；直通束继续穿过第二层的孔，最后可以由第三层探测器进行测量。
（2）4D STEM 及EELS
基于 Timepix3 的 AdvaPIX TPX3 探测器具有单电子灵敏和逐事例读出功能，其也广泛应用在电子显微镜中，如 4D STEM 和 EELS 等等。利用 Timepix3 芯片的逐事例读出功能，可以将 STEM 中的停留时间降低至百 ns 量级同时又保证丰富的数据集。该方法特别适用于低剂量成像，这是传统的基于帧模式相机无法达到的。如下图，在 STEM 中使用 20μs 的停留时间对多孔碳膜样品做单轮扫描与 100ns 做 200 轮扫描的成像（明场像和暗场像）结果几乎相同。
AdvaPIX TPX3 可以定制提供 Flex 版本，即利用软排线的设计方式，将探测器头和读出设备分离，便于把探测器头灵活安装在电镜中。
（3）扫描x射线背散劳埃衍射显微镜
来自日本同步辐研究所及东京理科大学等单位的研究员搭建了一套扫描 x 射线背散劳埃显微镜，研究了永磁体中磁体颗粒的尺寸和方向分布，并阐明了其与矫顽力的关系。
实验装置
如上图 X 射线束穿过带有 3mm*3mm 中心孔的AdvaPIX TPX3 Quad 探测器，随之打在样品上，样品放置在多维的平移台上用于调节样品姿态，探测器会收集向后散射的 X 光。为了选择合适的光束线进行分析，研究人员分别比较了 BL28B2、BL40XU 和 BL39XU 线站的复色 X 射线、粉色光束 X 射线（Pink X-ray beam）和纳米聚焦单色 X 射线的衍射图案。由于低背景和使用纳米束的优点，作者认为使用单色 X 射线束是有效的。
参考文献
1. 隅谷和嗣, et al. "光源の違いによる走査型 X 線後方散乱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.
\ | /
★
Advacam S.R.O.源至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射线探制器（应用CERN Timepix、Medipix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、空间探测、艺术品鉴定及中子成像方面有极其突出的表现。Advacam与NASA（美国航空航天局）及ESA（欧洲航空航天局）保持长期良好的项目合作关系。2021年，spin off子公司Advascope专为电子显微镜EM应用提供定制化粒子探测系统。
北京众星联恒科技有限公司作为捷克Advacam公司中国区的总代理，也在积极推广Timex / Medipix芯片技术，并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。同时我们也有数台MiniPIX样机，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe的样机，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。