[发明专利]使用直接检测传感器的电子能量损失光谱仪

说明书

本发明涉及一种电子能量损失光谱仪，包括一个直接检测传感器、一个高速快门及一个传感器处理器，其中所述传感器处理器用于将来自单个传感器读数的图像结合为一体并将来自所述传感器的二维图像转换为一维光谱，其中所述一维光谱输出至计算机，所述高速快门的操作与传感器成像的时间相结合；控制所述快门，从而允许减少对与单个传感器读数相应的图像的曝光。通过成像以不完全曝光的方式曝光多个图像，其中所述多个图像结合形成一个合成图像。多个图像由以不同的曝光时间曝光所述传感器形成的图像组成。

技术领域

本发明涉及电子显微镜与光谱测定领域。

背景技术

在典型的具有直接检测传感器的电子显微镜系统中，传感器在400帧或传感器读出数(fps)每秒的恒定速度下运行。每个传感器读出数经摄像机中的专用硬件处理，从而确定打击传感器的每个电子的位置。为了达到这个目的，各传感器读出数中，任何区域内的计算率必须保持在低于1电子/20像素左右，否则，会出现计算错误。采用电子计算技术消除读出数噪音。通过设计的系统，入射电子能形成等级高于所述传感器的读出数相关的局部噪音的等级的空间的局部信号。通过将阀值应用到信号、阀值以上的计算事件及阀值以下的无效噪音中，可消除读取噪音。在以上条件下，由于计算中的误差，例如，误报或漏算等引起的噪音为最低噪音。当最小化噪音与入射电子束正交的信号的低空间扩散一同用于成像模式下时，可获得较高探测量子效率。在传统直接检测摄像机系统中，400fps数据速率远高于标准计算机能处理的数据速率。解决以上这个问题的方法之一是在将数据发送至主机之前针对处理硬件对计算的帧的数量(例如40)进行求和，从而可获得的有效帧合计率为10fps或有效曝光时间为0.1s/记录求和帧。

在成像模式下使用的电子显微镜的实例中，最小曝光为0.1秒，计算机的最大求和帧速率为10fps，最大放射量率为20电子/秒/像素。

从电子能量损失谱学(EELS)上讲，以上限制因素会引起诸多问题。传统非计算型基于闪烁器的检测器中，光谱沿非光谱方向(也被称为非色散方向)按数百像素行的形式展开。通过平衡要求较小读出范围的高读出速度和低噪音的计算需求以及要求较大读出范围的动态范围和检测器使用期的需求的方式确定数值。光谱实验中，同时检查强度差异大的光谱的区域通常需要高动态范围。经定位的检测器区域上通常存在兆安范围内的入射电流。在计算模式下成像时，其剂量率为远高于以上所述直接检测传感器的20电子/秒/像素左右的剂量率的数百万电子/秒/像素。

由于读出的像素较少，因此，以低于检测器的全高度的高度展开光谱能缩短传感器读出时间。对于计算模式下的直接检测传感器，窄谱能以与速度的增量相同的数量减少动态范围，因此，大部分情况下，将光谱限制在较小区域并没有任何优势。无论以何种方式减小区域面积，均会缩短检测器的寿命，因此，当使用全部检测器时，即，当光谱在两个方向上展开时(如图1所示)，检测器能得到最大化地利用。不存在读出噪音的情况下，以较高灵敏度，采用计算模式操作完成EELS。本发明设计用于克服会限制光谱的求和帧速率和剂量率的上述难题。

本申请涉及并包含申请人加坦公司(Gatan,Inc)已申请的名为电子能量损失光谱仪、申请号为PCT/US2015/037712的PCT申请。

附图说明

图1为二维直接检测传感器上的光谱的图像；

图2为本发明优选实施例的方框图；

图3为说明标准EELS光谱的简图；

图4为本文中所述典型复合曝光模式的流程图；

图5为典型系统的方框图。

具体实施方式

针对成像和光谱学，公开一种采用耦合于光谱仪的直接检测传感器的新型电子能量损失谱学(EELS)系统。