12th作者:Haithem Mansour
对EDS来说硬件组件的重要性:传感器
本文是“EDS硬件组件的重要性”系列文章的第二部分。在以前的文章，我强调了准直器组件、电子阱和窗口在提供快速、准确和可靠的EDS数据方面的重要性。
这一次，我将继续讨论一个关键组件，可能是EDS探测器中最重要的组件:传感器。
EDS传感器是一种半导体装置，通过电离过程，将特定能量的x射线转换成成比例大小的电荷。
EDS传感器类型
用于EDS的传感器有两种:SDD和Si(Li)。传统的硅晶体与锂漂移，被称为“Si(Li)”，在20世纪60年代末首次商业化。Si(Li)需要非常低的工作温度(90°K)来从电子噪声中分离电荷信号，通常使用液氮库进行冷却。第二种是硅漂移探测器(SDD)。由于优越的性能，SDD已经完全取代了Si(Li)技术。它的速度要快得多，分辨率也更高(特别是当计数率提高时)，而且只需要冷却到零下几十度。
图1。剖面图显示EDS SDD探测器的结构
SDD在EDS检测器中起什么作用?
EDS探测器将每条x射线的能量转换成成比例大小的电压信号。这是通过不同的阶段实现的。SDD负责第一阶段，即通过半导体晶体中的原子电离将x射线转化为电荷。
当入射的x射线击中SDD时，它的能量被半导体内的一系列电离吸收，从而产生几个电子-空穴对(图3)。然后电子被提升到SDD的导电带，并在晶格内自由移动。当一个电子上升到导电带时，它会留下一个“空穴”，在晶体中就像一个自由正电荷。施加在SDD上的偏置电压使电子沿着漂移环之间的场梯度“漂移”。然后电子被收集到阳极。这种设计意味着阳极尺寸可以保持在最小，降低传感器电路电容，从而降低检测器的电压噪声。噪音越低，处理信号所需的时间就越短，可以更准确地计算出更多的x射线。这意味着在较高的计数率下可以获得良好的光谱分辨率，这是SDD技术的一个关键优势。
图2。SDD探测器的构造和操作
SDD的大小
EDS探测器带有不同的SDD传感器尺寸，例如Ultim马克斯射程，它可与40mm2, 65毫米2, 100毫米2或170毫米2传感器。传感器尺寸越大，检测表面越大，检测到的x射线数量(输入计数率)越高。图3显示了相同实验条件下，不同SDD尺寸之间每秒计数的差异。
图3。每秒计数vs SDD传感器大小
保持大尺寸传感器的高性能是一个挑战。例如，带有大型传感器的探测器需要更高的功率才能冷却到相同的温度。如果探测器电流噪声(也会影响分辨率)随着时间的推移要保持在最小和稳定的水平，那么环境、冷却技术和工程挑战都是重大的。在所有尺寸的传感器上使用相同的小阳极是重要的，以确保大面积SDD传感器能够在非常高的计数率下保持良好的分辨率，这是由于它们的尺寸更容易实现的。
保持最大传感器上的探测器分辨率与最小传感器所能达到的分辨率一样高是很重要的。这是因为大面积探测器用于低千伏的纳米分析，其中峰值分离很差，光谱分辨率是最重要的。狗万正网地址在探测器制造和安装过程中，牛津仪器使用C K x射线测试其所有Ultim探测器的低能量分辨率，以确保所有尺寸的传感器都能实现高性能。
希望本文已经概述了SDD的重要性以及该组件在交付准确、快速的EDS数据方面所起的作用。在下一篇文章中，我将继续讨论场效应管和冷却系统。
