| 品牌 | 其他品牌 | 探測技術 | Medipix3/Timepix3混合像素 |
|---|---|---|---|
| 基本像素尺寸 | 55 × 55 μm | 單芯片陣列 | 256 × 256像素 |
| T3 Quad陣列 | 512 × 512像素 | Ultra系列陣列 | 1024 × 512像素 |
| ToA時間分辨率 | 1.56 ns | 外部TDC時間標記 | 260 ps |
| M3 Mega幀率 | 約3000 fps（12-bit模式） |
昊量/星朗CheeTah系列TEM探測器相機
ASI混合像素探測 - 昊量/星朗CheeTah系列TEM探測器相機
混合像素納秒級超快TEM探測器
公司簡介
阿姆斯特丹科學儀器（Amsterdam Scientific Instruments，ASI）是一家專注于科學探測與成像技術的歐洲科技企業，致力于為電子顯微、材料科學、生命科學及量子研究等領域提供高性能探測解決方案。公司基于Medipix、Timepix等混合像素探測技術，開發了面向TEM、SEM及光子探測等應用的系列產品，具有高速讀出、單粒子探測、高動態范圍和高時間分辨等特點。ASI注重探測器硬件、讀出電子學與軟件系統的協同開發，為科研機構、高校及實驗室提供靈活的探測與數據采集解決方案，滿足4D-STEM、電子衍射、時間分辨成像等前沿科研需求。
CheeTah產品簡介
CheeTah系列是Amsterdam Scientific Instruments（ASI）推出的高速TEM直接電子探測器，采用Medipix3/Timepix3混合像素探測技術，具有單電子靈敏度、高速讀出、高動態范圍、低噪聲及納秒級時間分辨等特點。產品適用于4D-STEM、MicroED、3D電子衍射、原位TEM、時間分辨電子顯微及低劑量成像等應用，可滿足材料科學、晶體學、納米材料及生命科學等領域的高性能電子探測需求。另外，ASI可根據具體接口條件，將CheeTah系統安裝或改裝到Thermo Fisher、JEOL、Hitachi和Zeiss等品牌的TEM平臺上。
混合像素直接探測原理
傳統TEM相機通常利用熒光屏將電子轉換成光，再由ccd或cmos傳感器積分成像。CheeTah采用直接電子探測方式：入射電子進入半導體傳感器后產生電子—空穴對，在偏置電場作用下形成電荷信號，并由對應像素中的電子學電路直接放大和數字化。
CheeTah的傳感器層與讀出芯片分別制造，再通過像素級凸點鍵合（bump bonding）連接。這種混合像素結構具有兩方面優勢：
1.可根據電子能量及實驗要求選擇適合的傳感器材料；
2.每個像素擁有獨立的信號放大、閾值判斷和數字讀出電路。
Medipix3和Timepix3芯片的基本像素尺寸均為55 × 55 μm，單芯片陣列為256 × 256像素。探測閾值可設置在電子噪聲水平之上，只有超過閾值的有效信號才會被記錄。
CheeTah主要型號
| 型號 | 核心配置 | 主要特點 | 推薦應用 |
| CheeTah T3 Quad | Timepix3四芯片，512 × 512像素 | 事件驅動；像素ToA時間分辨率1.56 ns；外部tdc時間標記可達260 ps | 超高速4D-STEM、UEM、U-TEM、U-EELS、時間分辨電子實驗 |
| CheeTah Ultra M3 | Medipix3，1024 × 512像素 | 大探測面積、無芯片間傳感器間隙、高速幀式計數 | 3D-ED、MicroED、EELS、大視場衍射 |
| CheeTah Ultra T3 | Timepix3，1024 × 512像素 | 大面積事件探測，同時保留位置、時間和ToT信息 | 4D-STEM、UEM、U-EELS及多用途時間分辨實驗 |
| CheeTah M3 Mega | Medipix3大面積探測器 | 12-bit模式下蕞高約3,000 fps；適合大晶胞和高通量3D-ED | cRED、MicroED、納米晶結構解析、自動化3D-ED |
產品優勢
單電子靈敏度與低劑量成像：像素閾值可設定在電子噪聲以上，從而實現單電子計數，并減少長時間積分產生的暗電流和讀出噪聲。該特性特別適合有機晶體、MOF、蛋白質晶體、二維材料和其他電子束敏感樣品。
直接探測與高信噪比：入射電子直接在傳感器中產生電荷，不需要傳統熒光屏—光學耦合鏈路，減少了光擴散和轉換損失，有利于獲得較高的探測效率和衍射斑點定位精度。
高速、連續的數據采集：Medipix3適合高速幀式成像和連續旋轉電子衍射；Timepix3則以連續事件流方式記錄電子，可用于高速掃描、稀疏電子束（如：晶體衍射圖樣）和時間分辨實驗。
耐輻照與直束探測能力：混合像素探測器針對高能粒子和輻射探測設計，能夠承受電子束長期照射，并可在適當實驗條件下記錄包含直射電子束的衍射圖樣。
一次采集，多種分析：CheeTah記錄的二維衍射數據或電子事件流可進一步用于：虛擬明場、暗場和環形暗場成像；DPC與質心（Center of Mass）分析；相位映射（Phase Mapping）；晶體取向映射（Orientation Mapping）；應變映射（Strain Mapping）；電子疊層衍射成像（Ptychography）；時間切片、泵浦—探測和瞬態差分分析。CheeTah提供的是上述算法所需的原始數據；具體重建能力還取決于掃描系統、同步方式及所采用的數據處理軟件。
SERVAL軟件
除了標配具有相機操控和圖像數據采集等功能的ACCOS軟件，ASI還提供成熟的HTTP REST API（Serval軟件），用于相機的外部控制和靈活的系統集成。提供Python與C++等示例代碼及其詳細說明。通過Serval軟件，CheeTah TEM探測器相機可被集成到以下軟件：
1）SerialEM(cryo-EM 自動化控制軟件)
2）Instamatic(專注于TEM自動采集)
3）PantaRhei(事件型數據處理分析軟件)
4）LiberTEM(開源并行cryo-EM數據處理框架軟件)
CheeTah系列應用方向
三維電子衍射、MicroED與cRED：
納米晶體可能只有數十至數百納米，遠小于常規X射線單晶衍射所要求的晶體尺寸。CheeTah可在低電子劑量下高速記錄連續傾轉過程中的電子衍射圖樣，形成三維倒易空間數據，用于晶胞確定、強度提取和晶體結構解析。Stockholm University的Xiaodong Zou教授在ASI用戶評價中指出，Medipix3探測器與連續旋轉電子衍射結合后，可顯著改善數據質量，并將部分數據采集過程由數小時縮短至數分鐘。
4D-STEM：
在4D-STEM實驗中，電子探針在樣品二維平面上掃描，并在每個掃描位置記錄一幅二維衍射圖樣，從而獲得：(x,y,k_x,k_y)。Timepix3的事件驅動讀出可將每個電子事件的時間戳與掃描位置關聯，減少傳統幀率對掃描駐留時間的限制。相關研究已實現蕞低約100 ns的掃描駐留時間，適用于快速、低劑量4D-STEM?；谶@些數據，可進一步開展DPC、相位成像、Ptychography、晶體取向和應變分析。
超快電子顯微鏡（UEM/U-TEM）：
CheeTah T3可記錄每個電子事件的到達時間，并通過外部TDC接收飛秒激光同步、電子束門控或延遲掃描信號。由此可把電子事件按照激光—電子相對延遲重新分類，研究載流子輸運、光誘導相變、局域場變化和其他瞬態過程。
超快EELS（U-EELS）：
在事件型EELS中，Timepix3可記錄每個電子在能量色散方向的位置和到達時間，并將掃描器同步信號寫入同一數據流。這樣可在后處理中重建具有空間、能量和時間維度的超光譜數據集，支持納秒尺度的動態EELS和泵浦—探測實驗。
自動化Cryo-EM工作流程：
公開研究已將Timepix3混合像素探測器集成到SerialEM控制的Cryo-EM單顆粒分析流程中，并獲得了3.01 ?分辨率的BfrB結構。該工作說明事件驅動探測器能夠與自動化顯微鏡控制和單顆粒重建流程結合，但具體CheeTah系統是否包含相應接口和插件，應以項目配置為準。
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