AMPTEKX射线/X光硅漂移探测器XR-100SDD

型号：

XR-100SDD硅漂移探测器

产地：

美国

XR-100SDD型X射线硅漂移探测器

125eV的能量分辨率！
采用电冷技术;无需液氮！

图1. XR-100型硅漂移探测器及配套电源PX5

图2. 硅漂移探头元件示意图

XR-100SDD系列产品由新型高性能X射线硅漂移探头，前置放大器（前放）和致冷系统组成。采用热电致冷技术保持硅漂移探头(SDD)的低温工作环境，而在两级热电致冷器上亦安装了输入场效应管(FET)和新型温度反馈控制电路，这样探头组件的温度保持在约零下55摄氏度左右，并通过组件上的温度传感器显示实时温度。探头采用TO-8封装，并利用不透光和不透气（真空封装适用）的薄铍(Be)窗以实现封装后的软X射线探测。

XR-100SDD系列产品无需采用昂贵的低温制冷系统即可获得非常优越的性能，它标志着X射线探测器生产技术上的一个突破。

产品特性：
1. 高计数率：500,000 CPS(每秒计数, counts per second)；
2. 能量分辨率：125eV（半高全宽，FWHM，对应峰值为5.9keV的情况）；
3. 高峰本比：20，000:1“(ratio of counts from 5.9 keV to 1 keV) (typical)” ；
4. 面积25mm²，厚度500µm；
5. 内置多层准直器；
6. 不需要液氮制冷。

应用范围：
1. X射线荧光分析；
2. 用于RoHS/WEEE标准检测的X射线荧光谱仪；
3. OEM和其他专业应用；
4. 生产工艺流程反馈控制；
5. 高校和科研院所实验室研究；

产品参数：
本产品可以适应于用户不同应用时的参数需求。
I. 高能量分辨应用：
1. 超高能量分辨率：125eV（对应峰值为5.9keV的情况）；
2. 峰化时间(Peaking time)：11.2µs；
3. 计数率：100,000 CPS；
4. 峰本比：,20，000:1；
II. 快速峰化应用：
1. 能量分辨率：155eV（对应峰值为5.9keV的情况）；
2. 峰化时间(Peaking time)：0.8µs；
3. 计数率：500,000 CPS；
III. 手持设备应用：
1. 能量分辨率：150eV（对应峰值为5.9keV的情况）；
2. 峰化时间(Peaking time)：3.2µs；
3. 探测器探头温度保持在250K（-24^oC）
4. 计数率：200,000 CPS；

XRF设备由此开始 ... ...

图3. Amptek硅漂移探测器(SDD)测得的⁵⁵Fe能谱

产品说明

XR-100SDD型硅漂移探测器（SDD）是Amptek公司出品的一款新型X射线探测器，它标志着X射线探测器生产工艺的变革。XR-100SDD因其体积小，性能优越且价格便宜等特点，是OEM手持式和台式X射线荧光谱仪设备的理想选择；而且它在保证优异的能量分辨的同时还能达到相当高的计数率，可以满足各种参数需求；另外封装采用和Amptek出品的其他探测器一样的T0-8型外壳，方便用户升级现有系统以及和其他Amptek产品配套。

硅漂移探测器工作原理和硅PIN(Si-PIN)光电二极管类似，但它利用单电极结构大大提升了性能。Amptek公司专门为X射线能谱测量应用优化了其所有硅漂移探测器产品。

同样的探头面积下，硅漂移探测器电容比传统硅PIN探测器电容低很多，则所需成型时间变短，电子学噪声也会大大降低。因此硅漂移探测器可以相同（较高）的计数率下得到比传统探测器好的能量分辨率。另外为引导电子移动到相当小的低电容阳极上，探测器中的电极结构是特制的。

产品参数

注意事项：
1. 硅漂移探测器需要负高压，而前放输出为正脉冲。
这和标准Si-PIN探测器所要求的正高压，而前方输出为负脉冲正好相反；
2. PX5电源模块可以输出正或负的高压。若您为XR100SDD配套订购了PX5模块，则PX5必须设置为负高压输出。
在使用XR-100CR探测器时，因错误设定PX5为负高压输出导致的探测器损坏不在保修范围之内。
而使用XR-100SDD探测器时，因设定PX5为正高压输出导致的探测器损坏亦不在保修范围之内。

准直器的使用

为提高能谱测量的质量，绝大部分Amptek生产的探测器都带有内部准直器。
探测器有效面元(active volume)边缘部分和X射线的相互作用会因不完全电荷收集产生一些小脉冲信号，进而影响测得的能谱数据。而且这些信号可能正处在用户所关心的元素所在的能量范围，降低了信噪比。而内部准直器则可以限制X射线只能打到有效面元内，这就避免了噪声信号的产生。
不同类型的探测器中准直器的应用各有优点：提高峰本比（P/B）；消除边界效应；消除假尖峰信号。

真空环境中的应用

XR-100SDD型产品可以工作在10^-8托的真空环境到大气压下工作，而真空环境应用有如下两种方案：
1) XR-100SDD的探头和前放均置于真空室内部：
a. 为保证XR-100SDD的正常工作，需避免器件过热，并做好输入的1W功率的良好导热；即利用XR-100SDD封装上的四个安装孔，根据具体真空室位形设计散热，将器件热量传导到真空室壁上；
b. 在CF（Conflat Flange）刀口法兰上利用可选的真空馈通端子（如9DVF型，九接口）连接XR-100SDD和真空室外的PX5电源。
2) XR-100SDD全部置于真空室外：需利用可选的真空探测器延长组件（如EXV9型加长管，长9英寸）和标准CF刀口法兰窗口（通过O圈密封）配套。

图4. 真空条件使用中可选的延长组件


图5. 高采样率X射线束线系统中Amptek高性能SDD的应用（定制法兰，4个SDD探测器）

其他系统说明及性能曲线

图6. SDD的能量分辨率和峰化时间曲线


图7. Si-PIN和SDD探测器的分辨率-峰化/成形时间曲线对比


图8. 对应不同峰化时间的能量分辨率和输入计数率曲线（SDD配套DP5使用）

该图也表示了zui大输出计数率曲线（黑色虚线）。而系统工作参数在该曲线右边区域时，尽管输入计数率很高，但输出计数率仍会小于zui大值，具体情况见下图9。

图9. 不同峰化时间下SDD的输入计数率和输出计数率曲线（输出效率）

由于SDD探测器具有更小的电容，在成型放大器中较短的成形时间即可保证较好的能量分辨率。通常使用9.6μs或更小的成形时间，这极大提高了系统的输出效率。

图10. 使用SDD得到的⁵⁵Fe能谱

图11. 不同峰化时间下SDD探测器的能量分辨率和对应能量峰值曲线

图12. 综合考虑铍窗（及保护膜）的传输效率及和Si晶体的相互作用效率后不同能量的传输率曲线。

曲线的低能量部分由铍窗厚度决定（0.3mil/8μm或0.5mil/12.5μm），而高能量部分则由Si晶体有效厚度决定：500μm。

传输效率文件：包含传输效率方面系数和常见问题解答的.zip格式文件，仅提供基本信息，不能作为定量分析依据。

SDD应用中的各种能谱图

利用高性能硅漂移探测器（Super SDD）和Mini-X型X射线管测得的不同样品的荧光能谱:

图13. SS316型不锈钢


图14. PVC样品（RoHS/WEEE标准）


图15. CaCl2溶液（800ppm Ca, 1200 ppm Cl）


图16. 含有少量KCl的原油（1100ppm）中的S元素


图17. 汽车催化剂


图18. 铂金(Pt)戒指

完整的X射线荧光谱仪（XRF）系统

图19. 安装于MP1型平板上的XR100SDD探测器和Mini-X发生器

完整的XRF系统包括：
1. XR-100SDD型硅漂移探测器；
2. PX5型数字脉冲处理器，多道分析器及电源；
3. Mini-X型USB控制X射线管；
4. XRF-FP定量分析软件；
5. MP1型XRF系统安装平台。

注：该仪器未取得中华人民共和国医疗器械注册证，不可用于临床诊断或治疗等相关用途