ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए डिटेक्टर

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ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) का उपयोग करके उत्पादित छवियों, इलेक्ट्रॉन विवर्तन और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी का पता लगाने और रिकॉर्ड करने के लिए कई प्रकार की प्रौद्योगिकियां उपलब्ध हैं।

सिंटिलेटर-युग्मित (अप्रत्यक्ष) और प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन डिटेक्टरों के मूल डिजाइन को दर्शाने वाला आरेख।

पारंपरिक पहचान तकनीक

परंपरागत रूप से, टीईएम छवि या विवर्तन पैटर्न को एक फ्लोरोसेंट देखने वाली स्क्रीन का उपयोग करके देखा जा सकता है, जिसमें पाउडर ZnS या जेडएनएस/सीडीएस शामिल है, जो कैथोडोल्यूमिनेसेंस के माध्यम से इलेक्ट्रॉन बीम से उत्साहित है।[1] एक बार माइक्रोस्कोपिस्ट अपनी देखने वाली स्क्रीन पर एक उपयुक्त छवि देख सकता था, तब छवियों को फ़ोटोग्राफिक फिल्म का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जा सकता था। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के लिए, फिल्म में आमतौर पर एक प्लास्टिक समर्थन आधार पर एक जिलेटिन और सिल्वर हलाइड इमल्शन परत शामिल होती है।[2] इलेक्ट्रॉन बीम के संपर्क में आने पर सिल्वर हलाइड को चांदी में बदल दिया जाएगा, और फिर फिल्म को एक छवि बनाने के लिए रासायनिक रूप से विकसित किया जा सकता है, जिसे फिल्म स्कैनर का उपयोग करके विश्लेषण के लिए डिजिटाइज़ किया जा सकता है।[2]आधुनिक टीईएम में, फिल्म को काफी हद तक इलेक्ट्रॉनिक डिटेक्टरों द्वारा बदल दिया गया है।

सीसीडी कैमरे

चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) कैमरों को पहली बार 1980 के दशक में ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए लागू किया गया था और बाद में व्यापक हो गया।[3][4] एक टीईएम में उपयोग के लिए, सीसीडी आमतौर पर सिंगल क्रिस्टल येट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट (वाईएजी) जैसे एक सिंटिलेटर के साथ युग्मित होते हैं जिसमें इलेक्ट्रॉन बीम से इलेक्ट्रॉनों को फोटॉनों में परिवर्तित किया जाता है, जिन्हें फाइबर ऑप्टिक प्लेट के माध्यम से सीसीडी के सेंसर में स्थानांतरित किया जाता है। .[1]इसका मुख्य कारण यह है कि उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम के सीधे संपर्क में आने से सेंसर सीसीडी को नुकसान पहुंचता है। एक टीईएम के लिए एक विशिष्ट सीसीडी सेंसर के तापमान को लगभग -30 डिग्री सेल्सियस तक कम करने के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग को भी शामिल करेगा, जो डार्क करंट को कम करता है और सिग्नल को शोर में सुधार करता है।[1]


सीएमओएस कैमरे

2006 के बाद से, पूरक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (CMOS) इलेक्ट्रॉनिक्स पर आधारित स्किंटिलेटर और फाइबर ऑप्टिक युग्मित कैमरे टीईएम के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो गए हैं।[5] सीसीडी कैमरों की तुलना में सीएमओएस कैमरों में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के कुछ फायदे हैं। एक लाभ यह है कि सीसीडी कैमरों की तुलना में सीएमओएस कैमरों के खिलने की संभावना कम होती है, यानी अतिसंतृप्त पिक्सेल से आस-पास के पिक्सेल में आवेश का प्रसार।[6] एक अन्य लाभ यह है कि सीएमओएस कैमरों में तेजी से पढ़ने की गति हो सकती है।[7]


डायरेक्ट इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर

सीसीडी और सीएमओएस कैमरों में इलेक्ट्रॉनों को फोटॉन में बदलने के लिए स्किंटिलेटर का उपयोग इन उपकरणों की जासूसी क्वांटम दक्षता (डीक्यूई) को कम करता है। डायरेक्ट इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर, जिनमें कोई स्किंटिलेटर नहीं है और सीधे इलेक्ट्रॉन बीम के संपर्क में हैं, आमतौर पर स्किन्टिलेटर युग्मित कैमरों की तुलना में उच्च डीक्यूई प्रदान करते हैं।[2][8] दो मुख्य प्रकार के प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर हैं, दोनों को पहली बार 2000 के दशक में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए पेश किया गया था।[9][10] एक हाइब्रिड पिक्सेल डिटेक्टर, जिसे पिक्सेल ऐरे डिटेक्टर (PAD) के रूप में भी जाना जाता है, एक सेंसर चिप को एक अलग इलेक्ट्रॉनिक्स चिप से जुड़ा होता है, जिसमें प्रत्येक पिक्सेल समानांतर में पढ़ा जाता है। पिक्सेल आमतौर पर चौड़े और मोटे होते हैं उदा। टेट एट अल द्वारा वर्णित इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप पिक्सेल सरणी डिटेक्टर (ईएमपीएडी) के लिए 150 x 150 x 500 माइक्रोन।[11] यह बड़ा पिक्सेल आकार प्रत्येक पिक्सेल को उच्च गतिशील रेंज को सक्षम करते हुए उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को पूरी तरह से अवशोषित करने की अनुमति देता है। हालाँकि, बड़ा पिक्सेल आकार उन पिक्सेल की संख्या को सीमित करता है जिन्हें एक सेंसर में शामिल किया जा सकता है।[11]

टीईएम के लिए एक अखंड सक्रिय पिक्सेल सेंसर (एमएपीएस) एक सीएमओएस आधारित डिटेक्टर है जिसे इलेक्ट्रॉन बीम के सीधे संपर्क का सामना करने के लिए विकिरण कठोर किया गया है। एमएपीएस की संवेदनशील परत आमतौर पर बहुत पतली होती है, जिसकी मोटाई 8 माइक्रोन जितनी कम होती है।[10]यह सेंसर की जासूसी परत के भीतर इलेक्ट्रॉन बीम से इलेक्ट्रॉनों के पार्श्व प्रसार को कम करता है, छोटे पिक्सेल आकार की अनुमति देता है उदा। प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन DE-16 के लिए 6.5 x 6.5 माइक्रोमीटर।[12] छोटे पिक्सेल आकार में बड़ी संख्या में पिक्सेल को सेंसर में शामिल करने की अनुमति मिलती है, हालांकि डायनेमिक रेंज आमतौर पर हाइब्रिड पिक्सेल डिटेक्टर की तुलना में अधिक सीमित होती है।[12]


TEM (STEM) स्कैनिंग के लिए डिटेक्टर

SrTiO3, कुंडलाकार डार्क फील्ड (ADF) और कुंडलाकार उज्ज्वल क्षेत्र (ABF) डिटेक्टरों का उपयोग करना। ओवरले: स्ट्रोंटियम (हरा), टाइटेनियम (ग्रे) और ऑक्सीजन (लाल)।

स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसटीईएम) में, एक केंद्रित जांच को रुचि के एक क्षेत्र पर रेखापुंज किया जाता है, और एक छवि बनाने के लिए प्रत्येक जांच स्थिति पर एक संकेत दर्ज किया जाता है। इसके लिए आमतौर पर पारंपरिक टीईएम इमेजिंग से विभिन्न प्रकार के डिटेक्टर की आवश्यकता होती है, जिसमें नमूने का एक व्यापक क्षेत्र प्रकाशित होता है।

पारंपरिक एसटीईएम इमेजिंग में डिटेक्टर शामिल होते हैं, जैसे कुंडलाकार डार्क-फील्ड इमेजिंग | कुंडलाकार डार्क-फील्ड (ADF) डिटेक्टर, जो रास्टर की प्रत्येक स्थिति में बिखरने वाले कोणों की दी गई सीमा के भीतर इलेक्ट्रॉनों से उत्पन्न सिग्नल को एकीकृत करता है। इस तरह के डिटेक्टरों में आमतौर पर फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब से जुड़े एक सिंटिलेटर शामिल हो सकते हैं।[13] खंडित एसटीईएम डिटेक्टर, पहली बार 1994 में पेश किए गए, अंतर चरण विपरीत जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देते हैं।[14] 4डी स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (4डी एसटीईएम) में प्रत्येक एसटीईएम रेखापुंज स्थिति में एक संपूर्ण अभिसारी बीम इलेक्ट्रॉन विवर्तन (सीबीईडी) पैटर्न रिकॉर्ड करने के लिए ऊपर वर्णित हाइब्रिड पिक्सेल या एमएपीएस प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर जैसे इमेजिंग कैमरे का उपयोग शामिल है।[12]परिणामी चार-आयामी डेटासेट का मनमानी एसटीईएम छवियों के पुनर्निर्माण के लिए विश्लेषण किया जा सकता है, या नमूने से अन्य प्रकार की जानकारी निकालने के लिए, जैसे तनाव, या बिजली और चुंबकीय क्षेत्र के नक्शे।[15]


संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Reimer, Ludwig; Kohl, Helmut (2008). छवि निर्माण के संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी भौतिकी (5 ed.). Springer. pp. 126–138. ISBN 978-0387400938.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Zuo, Jian Min; Spence, John C.H. (2017). उन्नत संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी इमेजिंग और नैनोसाइंस में विवर्तन. Springer. pp. 223–228. ISBN 978-1493966059.
  3. ↑ Roberts, P.T.E.; Chapman, J.N.; MacLeod, A.M. (1982). "सीटीईएम के लिए एक सीसीडी आधारित छवि रिकॉर्डिंग प्रणाली". Ultramicroscopy. 8 (4): 385–396. doi:10.1016/0304-3991(82)90061-4. Retrieved 11 May 2020.
  4. ↑ Spence, J.C.H.; Zuo, J.M. (1988). "बड़ी गतिशील रेंज, इलेक्ट्रॉन विवर्तन और इमेजिंग के लिए समानांतर पहचान प्रणाली". Review of Scientific Instruments. 59 (9): 2102–2105. Bibcode:1988RScI...59.2102S. doi:10.1063/1.1140039.
  5. ↑ Tietz, H.R. (2008). "Design and Characterization of 64 MegaPixel Fiber Optic Coupled CMOS Detector for Transmission Electron Microscopy". Microscopy and Microanalysis. 14 (S2): 804–805. Bibcode:2008MiMic..14S.804T. doi:10.1017/S1431927608084675. S2CID 139268503. Retrieved 11 May 2020.
  6. ↑ Herres, David (29 May 2019). "सीसीडी और सीएमओएस इमेज सेंसिंग के बीच अंतर". WTWH Media LLC. Retrieved 11 May 2020.
  7. ↑ Moynihan, Tim (29 Dec 2011). "CMOS कैमरा सेंसर की लड़ाई जीत रहा है, और यहाँ है क्यों". TechHive. Retrieved 11 May 2020.
  8. ↑ Cheng, Yifan; Grigorieff, Nikolaus; Penczek, Pawel A.; Walz, Thomas (2015-04-23). "एकल-कण क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए एक प्राइमर". Cell. 161 (3): 438–449. doi:10.1016/j.cell.2015.03.050. ISSN 0092-8674. PMC 4409659. PMID 25910204.
  9. ↑ Faruqi, A.R.; Cattermole, D.M.; Henderson, R.; Mikulec, B.; Raeburn, C. (2003). "इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए एक हाइब्रिड पिक्सेल डिटेक्टर का मूल्यांकन". Ultramicroscopy. 94 (3–4): 263–276. doi:10.1016/S0304-3991(02)00336-4. PMID 12524196. Retrieved 11 May 2020.
  10. ↑ 10.0 10.1 Milazzo, A.C.; Leblanc, P.; Duttweiler, F.; Jin, L.; Bouwer, J.C.; Peltier, S.; Ellisman, M.; Bieser, F.; Matis, H.S.; Wieman, H.; Denes, P.; Kleinfelder, S.; Xuong, N.H. (2005). "इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए डिटेक्टर के रूप में सक्रिय पिक्सेल सेंसर सरणी". Ultramicroscopy. 104 (2): 152–159. doi:10.1016/j.ultramic.2005.03.006. PMID 15890445. Retrieved 11 May 2020.
  11. ↑ 11.0 11.1 Tate, M.W.; Purohit, P.; Chamberlain, D.; Nguyen, K.X.; Hovden, R.; Chang, C.S.; Deb, P.; Turgut, E.; Heron, J.T.; Schlom, D.; Ralph, D.; Fuchs, G.D.; Shanks, K.S.; Philipp, H.T.; Muller, D.A.; Gruner, S.M. (2016). "स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए उच्च गतिशील रेंज पिक्सेल ऐरे डिटेक्टर". Microscopy and Microanalysis. 22 (1): 237–249. arXiv:1511.03539. Bibcode:2016MiMic..22..237T. doi:10.1017/S1431927615015664. PMID 26750260. S2CID 5984477. Retrieved 11 May 2020.
  12. ↑ 12.0 12.1 12.2 Levin, B.D.A.; Zhang, C.; Bammes, B.; Voyles, P.M.; Bilhorn, R.B. (2020). "4D STEM with a direct electron detector". Microscopy and Analysis (46): 20–23. Retrieved 11 May 2020.
  13. ↑ Kirkland, E.J.; Thomas, M.G. (1996). "एसटीईएम के लिए एक उच्च दक्षता कुंडलाकार डार्क फील्ड डिटेक्टर". Ultramicroscopy. 62 (1–2): 79–88. doi:10.1016/0304-3991(95)00092-5. PMID 22666919.
  14. ↑ Haider, M.; Epstein, A.; Jarron, P.; Boulin, C. (1994). "कोण-समाधान इमेजिंग के लिए एक बहुमुखी, सॉफ्टवेयर कॉन्फ़िगर करने योग्य मल्टीचैनल एसटीईएम डिटेक्टर". Ultramicroscopy. 54 (1): 41–59. doi:10.1016/0304-3991(94)90091-4. Retrieved 11 May 2020.
  15. ↑ Ophus, C. (2019). "Four-Dimensional Scanning Transmission Electron Microscopy (4D-STEM): From Scanning Nanodiffraction to Ptychography and Beyond". Microscopy and Microanalysis. 25 (3): 563–582. Bibcode:2019MiMic..25..563O. doi:10.1017/S1431927619000497. PMID 31084643.
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