LV-Serie - für Niederspannungs-TEM-Anwendungen

Von Direct Electron

Das Einsatzgebiet der Kameras der LV-Serie sind Low-Voltage TEM (LEEM/PEEM). Die Direct Electron Kameras der LV-Serie bieten hierbei deutliche Vorteile gegenüber den normalerweise bei diesen Anwendungen verwendeten CCD-Kameras.

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ist eine sehr leistungsstarke und weitverbreite Analysemethode um hochaufgelöste Informationen seiner Probe im Nanometer oder Angstrom Bereich zu erhalten. Ein limitierender Faktor hinsichtlich der erreichbaren Auflösung mit einem TEM liegt dabei in der Physik der Elektronenstreuung welcher insbesondere bei low-dose Anwendungen zu Trage kommt. Weitere limitierende Faktoren sind in der Architektur des verwendeten TEM´s zu finden oder in dynamischen Prozessen innerhalb der zu untersuchenden Probe (z.B. Drift, Strahl induzierte Bewegungen, Aufladungen). Dies alles sind Faktoren auf die der Benutzer wenig bis gar keinen Einfluss nehmen kann. Um nun aber die bestmögliche Auflösung mit seinem TEM erzielen zu können muss gewährleistet sein, dass der verwendete Detektor die höchsten Anforderungen an Auflösung, Bildgeschwindigkeit und Signal-zu-Rausch Verhältnis erfüllt. Traditionell Szintillator-CCD Kameras stoßen hier jedoch schnell an Ihre Grenzen.

Aus diesem Grunde hat Direct Electron als erster Hersteller vor mehr als 15 Jahren angefangen mit einer neuartigen Sensorarchitektur zu arbeiten, welche im Jahre 2008 zum ersten großformatigen Direct Detection Device (DDD®) Sensor führte. Dieser revolutionäre Ansatz wurde dann auch mit dem 2010 Microscopy Today Innovation Award bedacht.

Prinzip des Direct Detection Device (DDD®) Sensors

Wie der Name des Sensors schon sagt, werden hier die Primärelektronen direkt detektiert ohne die Notwendigkeit eines zwischengeschalteten Szintillators wie bei der traditionellen Bauweise. Das Geheimnis der DE-Serien Kameras liegt in der dünnen Sensorschicht welche die ankommenden Elektronen passieren und dabei einen Ionisationspfad hinterlassen. Dieser kann dann entweder integriert oder in Pixeln gezählt werden. Auf Grund der geringen Schichtdicke des Sensors kann eine laterale Aufladung so weit vermieden werden, dass bisher nicht zu erreichende Auflösungen erzielt werden konnten. Ebenso ermöglicht diese Detektionsmethode bisher ungeahnt schnelle Bildraten was diese Kameras zum idealen Kandidaten für zeitkritische, dynamische in-situ TEM Experimente macht.

Integration und Zählmodus

Die hohe Geschwindigkeit und die sehr hohe Einzel-Elektronen Sensitivität der Direct Detektion Kameras ermöglichen zwei verschiedene Messmodi:
  • Integrationsmodus: Das Gesamtsignal des Detektors hervorgerufen durch jedes einzelne Elektron wird aufsummiert und formt das finale Bild. Auf Grund seiner großen Vielseitigkeit und Geschwindigkeit wird dieser Messmodus bevorzugt verwendet.
  • Zählmodus: Jedes auftreffende Elektron wird einzeln lokal isoliert und detektiert. Dieses eintreffende Elektron wird dabei einzeln gezählt und durch eine Pixel (oder Subpixel) repräsentiert. Dieser Modus bietet zwar die beste Performance ist aber nur bei sogenannten low dose Anwendungen wirklich effektiv.
Die LV-Serie Kamera kann in beiden Messmodi betrieben werden.

Performance der Kameras

Im Vergleich zu herkömmlichen Detektoren für sogenannte low-voltage TEM Experimente liefert die Kamera der LV-Serie eine signifikant bessere Auflösung. Dies hat nicht nur eine erhöhte Detailverbesserung zur Folge, sondern es ermöglicht auch eine Aufnahmen bei geringen Vergrößerungen was einen größeren Bildausschnitt zur Folge hat. Vergleicht man die Aufnahme eines herkömmlichen Detektors mit denen der LV-126 Kamera bei gleicher Auflösung dann erhalten wir mit der Direct Electron Kamera eine ca. 8x so große Detailinformation.

KameraLV-126
DDD-Generation8
Pixelgröße (μm)6.0
Array-Größe (Pixels)4096 x 3072
Anzahl Megapixels12.6
Maximale Bildfrequenz bei voller Auflösung40 fps (bin 1x)
75 fps (bin 2x)
Integrierter Prüfsensornein
messbereich10-40 keV
Typische AnwendungenLEEM/PEEM; Niederspannungs-Elektronenmikroskopie

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