XRD的發(fā)展歷程中，探測(cè)器的演變對(duì)于記錄衍射信息起到了至關(guān)重要的作用。從最初使用膠片和IP板記錄德拜環(huán)，到如今半導(dǎo)體探測(cè)器的發(fā)展，XRD領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)歷了一系列技術(shù)革新和進(jìn)步。

最初階段，XRD實(shí)驗(yàn)主要使用膠片和IP板記錄衍射圖像。這些傳統(tǒng)方法雖然簡(jiǎn)單，但受限于圖像處理的速度和效率。隨著技術(shù)的進(jìn)步，各種類型的探測(cè)器被引入到XRD實(shí)驗(yàn)中，以提高數(shù)據(jù)采集的速度和精度。

在0D衍射中，蓋革計(jì)數(shù)器、正比計(jì)數(shù)器、閃爍體探測(cè)器以及Si(Li)探測(cè)器等被廣泛應(yīng)用于記錄光子個(gè)數(shù)。它們能夠精確地測(cè)量入射光的能量和強(qiáng)度，為晶體結(jié)構(gòu)和成分分析提供了重要的信息。

隨著1D和2D衍射技術(shù)的發(fā)展，位置靈敏正比計(jì)數(shù)器、CCD（電荷耦合器件）以及混合光子計(jì)數(shù)探測(cè)器等先進(jìn)探測(cè)器的出現(xiàn)，極大地提高了數(shù)據(jù)采集的速度和效率。它們能夠?qū)崟r(shí)記錄衍射圖像，并且具有更高的分辨率和靈敏度。

ADVACAM 的 MiniPIX 混合像素探測(cè)器是X射線探測(cè)領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性成果，它采用了小型化的TimePIX/TimePIX2/TimePIX3芯片，尺寸只有U盤大小。該探測(cè)器由256×256個(gè)陣列像素構(gòu)成，每個(gè)像素單元都可看作一個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體探頭，配備各種獨(dú)立的信號(hào)讀出系統(tǒng)。單個(gè)像素計(jì)數(shù)率可以達(dá)到1M cps，這使得該探測(cè)器能夠在直通光束條件下進(jìn)行測(cè)試，無需使用衰減片或光束截止器。

MiniPIX讀出芯片的光子計(jì)數(shù)模式，具有閾值甄別功能，能記錄單光子信息。在測(cè)試過程中能夠有效消除暗噪聲和電子學(xué)噪聲的影響，從而獲得更高信噪比的衍射數(shù)據(jù)。在常見的Bragg-Brentano幾何的X射線衍射系統(tǒng)中，經(jīng)樣品衍射掃描的每一個(gè)方向都可被MiniPIX對(duì)應(yīng)的像素或像素陣列單元探測(cè)，在記錄衍射強(qiáng)度信息的同時(shí)也記錄了衍射方向，可以極大提高系統(tǒng)的角分辨率。

如圖1展示了MiniPIX探測(cè)器的一些參數(shù)詳情。此外，ADVACAM還可提供MiniPIX Flex版本的混合像素探測(cè)器，它使用軟排線連接探測(cè)器和讀出，以便整機(jī)廠商可以對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)并集成到已有的系統(tǒng)中，從而提升系統(tǒng)的性能。

圖1 MiniPIX混合像素探測(cè)器的主要規(guī)格參數(shù)

此外，在商業(yè)化的X射線應(yīng)力儀領(lǐng)域，MiniPIX混合像素探測(cè)器也是理想的探測(cè)器選擇。

Stresstech公司在他們最新一代的便攜式應(yīng)力儀Xstress DR45中配備了兩個(gè)Flex版本的MiniPIX探測(cè)器，如圖3（左）所示。相較于傳統(tǒng)的線探測(cè)器系統(tǒng)，這種二維探測(cè)器最大的優(yōu)勢(shì)在于具有更短的測(cè)量時(shí)間和自動(dòng)化的測(cè)試能力。同等實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)于殘余奧氏體含量樣品的系統(tǒng)測(cè)試效率能夠提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。另一家公司Proto Manufacturing也在他們的便攜式應(yīng)力儀iXRD Mini中裝備了兩個(gè)Flex版本的MiniPIX探測(cè)器，為殘余應(yīng)力測(cè)試提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且方便的解決方案（如圖3右圖所示）。

在傳統(tǒng)的X射線衍射儀系統(tǒng)中，光源往往需要匹配多層膜鏡等光學(xué)元件以獲得單色的射線，這極大地限制了光源的通量和測(cè)試的時(shí)間，同時(shí)增加了系統(tǒng)的體積。然而，利用帶有能量分辨率的二維混合像素探測(cè)器可以允許使用復(fù)色的X射線光束實(shí)現(xiàn)透射式的能量色散XRD（EDXRD）測(cè)試，提升系統(tǒng)的測(cè)試效率并減小了系統(tǒng)尺寸。

如圖4所示，基于Timepix3芯片的MiniPIX探測(cè)器同時(shí)具有能量、時(shí)間和位置的甄別能力，可以在每個(gè)能量通道(通常為1 keV寬)下拍攝一張衍射圖案。通過使用布拉格公式，變換(拉伸或收縮)這些特定的圖像，以適應(yīng)一個(gè)選定的能量(例如40 keV)。將所有這些圖像相加，就可以得到一個(gè)具有高統(tǒng)計(jì)性的衍射圖像。由于所有的初級(jí)能量對(duì)衍射圖像都是有貢獻(xiàn)的，而不是在單色器中丟失，因此測(cè)量速度能夠明顯提升。圖5展示了一例硅粉樣品的測(cè)試結(jié)果，能譜圖像在20-40 keV之間，左圖為各個(gè)能量通道的圖像，右圖為重新計(jì)算到40 keV并將所有的能量通道圖像相加的結(jié)果。

Advacam S.R.O.源至捷克技術(shù)大學(xué)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用物理研究所，致力在多學(xué)科交叉業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供硅傳感器制造、微電子封裝、輻射成像相機(jī)和X射線成像解決方案。Advacam最核心的技術(shù)特點(diǎn)是其X射線探制器（應(yīng)用CERN Timepix、Medipix芯片），沒有拼接縫隙（No Gap），因此在無損檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)采礦、空間探測(cè)、藝術(shù)品鑒定及中子成像方面有極其突出的表現(xiàn)。Advacam與NASA（美國(guó)航空航天局）及ESA（歐洲航空航天局）保持長(zhǎng)期良好的項(xiàng)目合作關(guān)系。2021年，spin off子公司Advascope專為電子顯微鏡EM應(yīng)用提供定制化粒子探測(cè)系統(tǒng)。

北京眾星聯(lián)恒科技有限公司作為捷克Advacam公司中國(guó)區(qū)的總代理，也在積極推廣Timex / Medipix芯片技術(shù)，并探索和推廣光子計(jì)數(shù)X射線探測(cè)技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用，目前已有眾多客戶將MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX成功應(yīng)用于空間輻射探測(cè)、X射線小角散射、X射線光譜學(xué)、X射線應(yīng)力分析和X射線能譜成像等領(lǐng)域。同時(shí)我們也有數(shù)臺(tái)MiniPIX樣機(jī)，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe的樣機(jī)，我們也非常期待對(duì)我們探測(cè)器感興趣或基于探測(cè)器應(yīng)用有新的idea的老師聯(lián)系我們，我們可以一起嘗試做更多的事情。