应用分享 | 光纤板光学系统让CMOS EBSD拥有更高的高灵敏度

随着牛津仪器2017年发布采集速度达到3000点/秒的Symmetry S2 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 S2 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。

关于灵敏度的指标，牛津仪器的Symmetry S2 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 S2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。

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。