14 de junio 2010 | Por David Wilson
La avanzada tecnología de sensores puede llegar a mejorar la calidad de imágenes de microscopios electrónicos de transmisión.
TEM se utilizan para examinar las estructuras de los materiales
Microscopios de transmisión de electrones se utiliza rutinariamente en los laboratorios para examinar la estructura de los materiales en una escala muy fina. Sin embargo , los dispositivos acoplados de carga ( CCD ) que utilizan como detectores para grabar imágenes digitales de los materiales en que limita tanto la resolución de los instrumentos, así como la velocidad a la que puede capturar imágenes.
Lo ideal , sería preferible utilizar un reproductor de imágenes para capturar los electrones transmite a través de las muestras delgadas de materiales directamente, pero como electrones rápidos tienen energías típicamente de 100kV a 300kV , esto destruiría los dispositivos semiconductores comerciales muy rápidamente. Incluso si no lo fueran, los electrones de alta energía rápidamente saturar los píxeles de los dispositivos , que luego producir imágenes inaceptable.
Por lo tanto, los CCD que actualmente se utiliza para capturar imágenes de microscopios como se acoplan a centelleadores que convierte el haz de alta energía de los electrones en fotones antes de que sean transferidos a través de lentes o la fibra óptica en la superficie de la Convención, que puede crear la seguridad la imagen digital.
Sin embargo , no sólo el acoplamiento del centelleo de la Convención introducir las pérdidas y la ineficiencia , la resolución de la imagen resultante creado por el CCD es demasiado limitada , ya que cada electrón que incide en el centelleo de luz que genera se extiende por muchos píxeles en el CCD dispositivo.
Por estas razones , los investigadores de universidades de Oxford y Sheffield dirigido por los profesores Angus Kirkland y Nigel Allinson se dio cuenta de que necesitarían para desarrollar nuevas arquitecturas de sensores que eran radicalmente diferentes a los de un CCD si fueran a ser usados directamente en un microscopio electrónico de transmisión .
Un grupo de esos sensores bajo investigación por los investigadores se denominan sensores activos a pixel ( APS). A diferencia de los comerciales de gran volumen homólogos CMOS APS se encuentran comúnmente en cámaras que se fabrican en sustratos de silicio estándar con un espesor de 0,5 mm - 1 mm , estos nuevos dispositivos de APS endurecido radiación se basan en los sustratos que son sólo unas pocas decenas de micras de espesor.
Como resultado , los electrones con energías de alta velocidad que viajan a través de los dispositivos de silicio fino se generan muchos menos pares electrón-hueco de lo que sería a través de los sustratos más gruesos , con el resultado de que la saturación de los píxeles de los dispositivos se reduce drásticamente.
Al igual que sensores de imagen CMOS comercial, es posible abordar y procedió a leer las señales de los píxeles individuales o conjuntos de píxeles de la radiación endureció los dispositivos de APS ultra -delgado , a diferencia de los CCD que todos los datos desde el dispositivo debe ser leída en serie. Esta característica permite a las partes de una imagen captada por el dispositivo para que sea leído en miles de cuadros por segundo.
Un problema con estos dispositivos, sin embargo, es que debido a que cada píxel de la impresora de imágenes tiene su propio conjunto de la lógica asociada a ella , el factor de relleno - o el porcentaje de superficie que se puede utilizar para capturar electrones - nunca puede estar 100 por ciento si se ilumina desde la parte delantera , a diferencia de un sensor CCD que puede alcanzar cerca de un 100 por ciento llenar . Este problema se puede superar si el sensor se ilumina desde la parte posterior
Para abordar esa cuestión en particular , los desarrolladores han creado una segunda clase de detector de que el deporte una arquitectura totalmente diferente. En estos detectores tira de los llamados de doble cara ( DSSDs ) , tiras de silicio se fabrican en ambos lados de un detector para proporcionar un medio de identificar las coordenadas exactas de cualquier electrones que pasan a través de él .
«A diferencia de los CCD , y detectores de APS - que pertenecen a una clase de sensor llamado la integración de detectores - el DSSDs cuentan con detectores que pueden determinar la posición de un electrón que llega de la carga que se acumula en tiras que se encuentran ortogonalmente tanto en el frente y la espalda del sensor como el de electrones pasa a través de ellos , " dijo Kirkland .
Si un electrón debe ayunar tierra entre dos de las tiras de silicona en la parte frontal del dispositivo , se generará una señal en ambos, con el resultado que entonces es imposible determinar la ubicación exacta del electrón. Sin embargo , las señales creadas por dichos electrones puede ser rechazada por el análisis de la lectura desde el dispositivo usando el software , eliminando los errores potenciales y garantizar la exactitud del aparato.
" Una de las ventajas tales dispositivos tienen es que su función de transferencia de modulación - una especificación que incorpora tanto la resolución y contraste de datos - es casi perfecta . Otra es que , debido a que cuentan con los electrones que los golpeó , tienen una capacidad absoluta para medir las diferencias entre la luz y la oscuridad , mientras que nunca se está saturando ", dijo Kirkland.
" Una de las ventajas de los dispositivos DSSD es que su función modulationtransfer es casi perfecto "
PROF ANGUS KIRKLAND
La desventaja de los dispositivos DSSD es que , a diferencia de los dispositivos de APS, que no incorpora los arrays de elementos de imagen que puede ser leído de manera individual , por lo que sólo puede capturar imágenes a varios fotogramas por segundo. Mientras que podría ser algo más rápido que un CCD , que está lejos de los miles de fotogramas por segundo que pueden ser capturados con los dispositivos CMOS APS.
Aunque cada tipo de sensores tiene su propio conjunto de ventajas y desventajas , Kirkland dijo que no hay ninguna razón por la cual tanto la EPA y los sensores DSSD no podía jugar un papel igualmente importante en la captura de imágenes directamente desde microscopios de última generación electrónica de transmisión.
" Anticipamos que estos microscopios finalmente contará con dos sensores - una que se sienta encima de la otra - que se puede entrar o salir del electrón columna óptica . El sensor de velocidad programable APS se utilizará para visualización en tiempo real de eventos dinámicos . Si busca la solución definitiva , va a borrar el sensor APS , inserte el DSSD y el uso que efectivamente como una película digital, " dijo.
En la actualidad Kirkland dijo que varios APS prototipos de dispositivos se han fabricado y las pruebas de haz de electrones primero de dichos dispositivos deberá tener lugar durante el próximo par de meses.
En cuanto a la DSSDs , el trabajo es algo menos avanzado, aunque varios prototipos pequeños también se han fabricado . A finales de este año Kirkland planes para hacer algunas DSSDs a gran escala y el uso para registrar los datos de la imagen .
Fuente: http://www.theengineer.co.uk/in-depth/analysis/uk-sensors-enhance-electron-microscopes/1002887.article
