صورة أشعة سينية للرقاقة في دقائق سريع
جهاز الأشعة السينية في عيادة الأسنان يلتقط صورة مسطحة واحدة للسن. أما إذا أردنا رؤية ما بداخل شريحة دقيقة من جميع الجهات، فكان لزامًا نقل العينة إلى السنكروترون — وهو مسرّع جسيمات بحجم ملعب كرة قدم. كاشفات الفوتون الهجينة تغيّر هذه الصورة: فهي تلتقط كل كمّ من الأشعة السينية على حدة، كما تلتقط الكاميرا الرقمية الضوء، وتحوّله إلى إشارة كهربائية.
الفحص المجهري الضوئي لا يرى من خلال المعدن، والأشعة السينية العادية لا تميّز تفاصيل أصغر من ميكرون. الكاشف الهجين يحلّ المشكلتين معًا: طبقة المستشعر تمتص الأشعة السينية، وطبقة الإلكترونيات تقرأ الإشارة فورًا. وبهذا، تمكنّا في المختبر من جمع فوتونات أكثر بمقدار 40 مرة في لقطة واحدة، وإجراء التصوير بأكمله أسرع بمقدار 20 مرة مما كانت تفعله المجموعة نفسها سابقًا. النتيجة: تسريع بمقدار 800 مرة.
تم فحص جودة الصورة بثلاث طرق: مدى وضوح التفاصيل الدقيقة، ومدى اتساق اللقطات المتكررة، ومدى تباين الأسلاك على خلفية الركيزة. وأكدت جميع المقاييس أن معايير التصوير مختارة بشكل صحيح، وحتى الآن، دون مزيد من التحسينات، يستطيع الماسح الضوئي تمييز عناصر الدوائر الدقيقة عند حدود قدرات الأشعة السينية المخبرية.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2602.11375
Hybrid photon counting detectors (HPCDs) have unlocked new capabilities for x-ray-based measurements at synchrotrons around the world in the last 30 years. By leveraging independently optimized sensor and readout layers, they offer high quantum efficiency ($$> 80 \%$$), ultra-low dark counts, sub-pixel point-spread function, and high count rates ($$> 10^{6}$$ counts per pixel per second). Furthermore, their small pixel size and large active area endow them with excellent coverage and resolution for both real-space and reciprocal space imaging. Here, we demonstrate that HPCDs are also well-suited for laboratory-based nanoscale x-ray tomography (nano-xCT). We perform nano-xCT on an integrated circuit fabricated at the 130-nm node and produce a 3D reconstruction with 40 times more photons collected 20 times faster than in this group's previous work, for an overall speedup of 800$$\times$$. We review the technical considerations of using an HPCD for tabletop tomography. We quantify our reconstruction image quality using well-established metrics, including the modulation transfer function (MTF), Fourier shell correlation (FSC), and contrast-to-noise (CNR), to validate our choice of experimental parameters that provide sufficient resolution and imaging speed. Using these metrics, we determine that even under current experimental conditions, 160 nm wiring features are reconstructed at 75-80 nm spatial resolution.
كاشفات الفوتون الهجينة صُممت في الأصل لتجارب مصادم الهادرونات الكبير، حيث يلزم عدّ ملايين الجسيمات في الثانية.
في مسلسل «ويست وورلد»، يساعد التصوير المقطعي بالأشعة السينية في تفكيك الروبوتات المضيفة حتى آخر برغي — وبنفس الطريقة تقريبًا، ينظر المهندسون الآن داخل رقائق السيليكون.