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应用分享 | 光纤板光学系统让CMOS EBSD拥有更高的高灵敏度

发布日期:2020-12-08 00:00

随着牛津仪器2017年发布采集速度达到3000点/秒的Symmetry EBSD探测器以来,基于CMOS技术的EBSD逐渐成为市场的主流。CMOS传感器相比CCD传感器有两大特点:一是信号采集速度快,因为CMOS信号是并行输出的,而CCD信号是串行输出的;二是CMOS的灵敏度比CCD高,因为信号输出的时间减少了,就可以腾出更多时间用于曝光采集信号。


然而,不是所有的CMOS EBSD都具有同样的高灵敏度,原因就在于牛津仪器的Symmetry EBSD探测器创新地改进了光学系统设计,采用了新款的光纤板光学系统。如图1所示,电子束轰击样品产生的背散射电子投射到荧光屏后,转化成可见光。传统的光学系统采用透镜组,荧光屏上发出的光只有穿过透镜的部分(黄色锥角部分)才能聚焦到感光像素上被采集到,而大部分其他方向的光信号就遗漏了。光纤板光学系统是一根根平行的光纤排列成二维面板构成的,能将荧光屏上发出的光直接传导到感光像素上,这样就不会遗漏光信号。因此,光纤板光学系统的灵敏度比传统的透镜组光学系统高很多。在微弱光的检测成像领域,经常采用类似的设计,如微光夜视仪等。

图1:EBSD探测器内部的光路示意图


关于灵敏度的指标,牛津仪器的Symmetry EBSD的指标是在12nA束流条件下,达到3000 pps的采集速度,同时保证>99% 标定率。而我们发现,在实际样品上Symmetry表现得更好,如图2所示结果。此时的EBSD系统灵敏度可以计算为:3020pps/4.09nA=740pps/nA。如果把市面上其他CMOS EBSD的结果,也计算出灵敏度的数值,那么一般最大值在200~300pps/nA。这就意味着牛津仪器的CMOS EBSD灵敏度会高2~3倍。


图2:Ni合金EBSD的面分布图,采集条件:加速电压20kV,束流4.09nA,采集速度3020pps,标定率99%


高灵敏度EBSD的优势表现在多方面:首先,高灵敏度的EBSD对电镜束流的要求低。其次,高灵敏度带来了高空间分辨率。再次,高灵敏度拓展了EBSD可应用的样品范围。最后,高灵敏度对普通材料的分析也是受益的。

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