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XR-100SDD 硅漂移探测器(SDD)

Amptek 最近在内部引入了硅晶片制造工艺并改进了此工艺。他们生产出的探测器具有更低的噪声、更低的泄漏电流、更好的电荷收集能力,并且探测器之间的一致性更好。

XR-100SDD 是一种热电冷却固态硅漂移探测器(SDD)和前置放大器。  推荐用于需要最佳能量分辨率、极高计数率和最低 X 射线能量的应用。  由于性能高、尺寸小和成本低,这使它成为许多实验室和 OEM X 射线光谱测量应用(包括 EDS 和 XRF)的理想探测器。

XR-100SDD 在 Mn Kα 线的分辨率为 125 eV FWHM(电子噪声 4.5 个电子 rms),峰背比为 20,000:1,输出计数率超过 500 kcps,并可检测到低至 Be Kα 线(110 eV)的 X 射线。  它的有效面积为 25 mm2,厚度为 500 μm。

标准 XR-100SDD 采用 0.5 密耳 Be 窗口,可在 2 keV 以上提供良好的效率。对于更低的能量,FAST SDD® 的可选专利 C 系列窗口可提供低至 B 线的良好效率。   如需 >200 kcps 的计数率,建议使用 FAST SDD®。

在 XR-100SDD 中,探测器安装在延长管上(有多种不同的长度),前置放大器安装在连接的金属盒中。它需要单独的信号处理器和电源;推荐使用 Amptek PX5,它非常适合大多数实验室应用。同样的 SDD 探测器也被用在较小的 X-123SDD 封装设计中,或与较小的前置放大器一起用于 OEM 和定制系统。

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特点

  • 125 eV FWHM 分辨率 @ 5.9 keV
  • 高峰背比 – 20,000:1
  • 25 mm2 – 准直至 17 mm2
  • 500 µm 厚
  • 2 级热电制冷器
  • 冷却 ΔT >85 K
  • 温度监测
  • 薄铍 0.3 或 0.5 密耳
    FAST SDD 的专利 C 系列窗口
  • 多层准直器
  • 密封封装(TO-8)
  • 检测范围宽
  • 易于操作
  • 硬辐射

应用

  • X 射线荧光
    • RoHS/WEEE
    • 贵金属
    • 合金分析
    • 轻元素
  • EDS
  • 教学和研究
  • 过程控制
  • Mössbauer 光谱仪
  • PIXE
  • 波长色散 XRF

图 1.使用 Amptek 硅漂移探测器(SDD)采集的 55Fe 频谱。

  • 描述 +


    Amptek 最近在内部引入了硅晶片制造工艺并改进了此工艺。他们生产出的探测器具有更低的噪声、更低的泄漏电流、更好的电荷收集能力,并且探测器之间的一致性更好。

    • 噪声更低 → 改善后的分辨率低至 125 eV FWHM
    • 泄漏电流更低 → 工作温度更高(延长电池寿命)
    • 电荷收集更好 → 光峰形状更好(无拖尾)
    • 质量 → 探测器具有一致的性能,更容易校准

    XR-100SDD 是 Amptek 热电制冷 X 射线探测器的增强版本。它使用了硅漂移探测器(SDD)、具有特殊电极配置的硅光电二极管,电容极低,在高频率下具有低电子噪声。这提高了能量分辨率和计数率。SDD 使用特殊的“漂移”电极来引导电荷进入其阳极,因此被称为“漂移探测器”。

    与 Amptek 的其他 XR-100 探测器一样,光电二极管安装在两级热电冷却器上,这使探测器及其输入 JFET 的温度能够保持在 -55 °C 左右,减少了在不使用低温液氮冷却情况下的电子噪声。这种冷却在紧凑、方便的封装中实现了高性能,并且一直是便携式 XRF 分析仪的核心要素。

    探测器的密封 TO-8 封装设计使薄铍窗口不透光和气密,从而可进行软 X 射线检测。外壳内部为真空,可实现最佳冷却。XR-100SDD 探测器包括一个内置多层准直器,最大程度地减少了背景和光谱伪影。它有一个复位式前置放大器。

    在 XR-100SDD 中,前置放大器封装在一个 3.0 x 1.75 x 1.125 英寸(76.2 x 44.45 x 28.58 毫米)的金属盒中,探测器位于延长管上(可选长度范围为 3/8 英寸至 9 英寸或 9.53 至 228.6 毫米)。配有 5 英寸或 9 英寸延长管的 XR-100SDD 适合使用可选 CP75 真空法兰进行真空测量。还有其他适合用于 OEM 或空间有限的情况的前置放大器。

  • 性能 +


    图 2.不同探测器温度下的分辨率与峰值时间之间的关系。请注意,对于 SDD 通常使用的峰值时间(<4µs),分辨率在整个探测器温度上的变化不大。

     

    图 4.与 DP5 相结合的硅漂移探测器(SDD)在不同峰值时间下的分辨率与输入计数率之间的关系。
    该图还显示了最大输出计数率的曲线。尽管输入计数率较高,但在该曲线的右侧进行操作会导致吞吐量低于最大值。请参见下面的图 5。

    图 5.硅漂移探测器(SDD)的吞吐量。由于探测器的电容较小,因此在不牺牲分辨率的情况下,整形放大器中使用的峰值时间要短得多。通常使用 4 µs 或更短的时间。这会显著提高系统的吞吐量。

    图 6.使用硅漂移探测器(SDD)采集的峰值通道中有 400 万计数的 55Fe 频谱。

    图 7.硅漂移探测器(SDD)在不同峰值时间下的分辨率与能量之间的关系。

    图 8.能量分辨率、效率和 X 射线能量:  此图显示了固有效率(顶部)和能量分辨率(底部)与 X 射线能量之间的关系。

    在底部图中,黑色曲线表示由于电荷产生过程中的量子涨落而产生的“Fano 展宽”,这是 Si 探测器的理论上限。  彩色曲线表示在最佳条件(完全冷却和较长的峰值时间)下 Fano 展宽和固有电子噪声的组合。  在低能量下选择何种探测器关系重大,因为在足够高的能量下,Fano 展宽占主导地位。

    在顶部图中,低能量下的效率由透过窗口和探测器死层的透射率决定。  高能量下的效率由探测器有效深度的衰减决定。  建议在 2 至 30 keV 之间使用带铍窗的 Si 探测器。  建议在低能量下使用带 C1 或 C2 窗口的 Si 探测器,而在能量高于 30 keV 时最好使用 CdTe 探测器。

    效率包:一个包含系数和有关效率常见问题解答的 ZIP 文件。此效率包仅供参考。不应将其用作关键定量分析的依据。

  • 规格参数 +


    探测器类型 硅漂移探测器(SDD)
    探测器面积 25 mm2 – 准直至 17 mm2
    硅厚度 500 µm
    准直器 内部多层
    能量分辨率 @ 5.9 keV(55Fe) 11.2 µs 峰值时间时为 125 – 135 eV FWHM
    峰背比 20,000:1(5.9 keV 至 1 keV 的计数比)(典型值)
    探测器窗口选项 铍(Be):0.5 密耳(12.5 µm)或 0.3 密耳(8 µm)
    专利 C 系列:FastSDD 有 C1 和 C2 低能量窗口
    电荷灵敏前置放大器 Amptek 定制复位前置放大器。
    增益稳定性 <20 ppm/°C(典型值)
    XR-100SDD 外壳尺寸 3.00 x 1.75 x 1.13英寸(7.6 x 4.4 x 2.9 cm)
    XR-100SDD 重量 4.4 盎司(125 克)
    总功率 <2 W
    质保期 1 年
    典型设备寿命 5 至 10 年,视使用情况而定
    工作条件 -35°C 至 +80°C
    存储和运输 长期存储:10 年以上保持环境干燥
    典型存储和运输:-40 °C 至 +85 °C,10 至 90% 湿度,不结露
    TUV 认证
    证书编号:CU 72072412 02
    经测试符合:UL 61010-1: 2004 R7 .05
    CAN/CSA-C22.2 61010-1: 2004

    输入

    前置放大器电源 ±8 至 9 V @ 15 mA,峰间噪声不超过 50 mV
    探测器电源 -100 至 -180 V @ 25 µA 非常稳定,变化 <0.1%
    制冷器电源 电流 = 最大 450 mA,电压 = 最大 3.5 V,峰间噪声 <100 mV
    注:当 XR-100SDD 不带 Amptek DPP 时,则它配有自己的闭环温度控制器。  当附带 Amptek DPP 时,温度控制由 DPP 完成。(Δ_T最大=85°C)

    输出

    前置放大器灵敏度 0.8 mV/keV(典型值)
    前置放大器极性 正信号输出(最大负载为 1 千欧)
    前置放大器反馈 重置
    前置放大器输出上升时间 <60 ns
    温度监测灵敏度 PX5:通过软件直接读取开尔文温度值。

    XR-100SDD 连接器

    前置放大器输出 BNC 同轴连接器
    电源和信号 6 针 LEMO 连接器(部件号 ERA.1S.306.CLL)
    连接线 XR-100SDD 到 PX5:6 针 LEMO(部件号 FFA.1S.306.CLAC57)到 6 针 LEMO(5 英尺长)
    XR-100SDD 单机:6 针 LEMO(部件号 FFA.1S.306.CLAC57)到 9 针 D(5 英尺长)

    XR-100SDD 6 针 LEMO 连接器引脚分配

    引脚 1 温度监测二极管
    引脚 2 -高压探测器偏压,-100 至 -180 V
    引脚 3 -9 V 前置放大器电源
    引脚 4 +9 V 前置放大器电源
    引脚 5 制冷器电源返回
    引脚 6 制冷器电源
    0 至 +3.5 V @ 450 mA
    外壳 接地和屏蔽

    注意

    硅漂移探测器(SDD)需要负高压并产生正前置放大器输出。这与需要正高压并产生负前置放大器输出的 Si-PIN 相反。

    PX5 可产生正负高压。当与 XR-100SDD 一起订购 PX5 时,PX5 被设置为负高压。在 Si-PIN XR-100CR 上使用负高压设置会损坏 Si-PIN XR-100CR,这种损坏不在保修范围内。同样,如果与 Si-PIN XR-100CR 一起订购 PX5,则在 XR-100SDD 上使用正高压会损坏硅漂移探测器(SDD),这种损坏不在保修范围内。

  • 应用 +


    谱图应用


    图 9.使用硅漂移探测器(SDD)和 Mini-X X 射线管采集的不锈钢 SS316 XRF谱图。


    图 10.使用硅漂移探测器(SDD)和 Mini-X X 射线管采集的 RoHS/WEEE PVC 样品谱图。


    图 11.使用硅漂移探测器(SDD)和 Mini-X X 射线管采集的 CaCl2 溶液(800 ppm Ca,1200 ppm Cl)谱图。


    图 12.使用硅漂移探测器(SDD)和 Mini-X X 射线管采集的原油中的硫(1100 ppm)和一些 KCl谱图。


    图 13.使用硅漂移探测器(SDD)和 Mini-X X 射线管采集的汽车尾气催化剂谱图。


    图 14.使用硅漂移探测器(SDD)和 Mini-X X 射线管采集的铂(Pt)环 XRF谱图。

  • 选件和其他信息 +


    信号处理器/电源模块

    PX5 数字脉冲处理器、MCA 和电源

    XR-100SDD 的电源由 PX5 数字脉冲处理器和电源提供。PX5 由交流适配器提供直流电源,并提供了一个可变数字脉冲处理放大器(0.200 µs 至 100 µs 峰值时间)、MCA 功能和探测器的所有电源。

    XR-100SDD/PX5 系统可确保在开机后不到一分钟内稳定运行。


    使用 PX5 和 Amptek XR-100SDD 探测器的典型系统的框图。Amptek, Inc. 还有多种具有不同引脚分配和电压的探测器和前置放大器配置。

    DP5/PC5 OEM 数字脉冲处理器、MCA 和电源

    搭配 DP5 和 PC5 的 XR-100SDD 选项需要进行适当的组装,还可能需要一个定制外壳,具体取决于客户的应用。


    图 15.连接到 DP5 和 PC5 的标准 XR-100 盒。

    窗口选项和厚度

    Amptek SDD 有铍窗口或我们的专利 C 系列窗口两种。  铍窗镀有聚对二甲苯(用于防止气体扩散),有两种厚度,分别为 0.3 密耳或 0.5 密耳(8 或 12 μm)。专利 C 系列窗口设计用于低至铍(Be)的低 Z 元素检测。

    选件和配件

    • C 系列窗口
    • 用于高通量应用的准直器套件
    • 外部准直器
    • 真空附件
    • OEM 应用

    图 17.XR-100SDD 探测器延长管选项。

    内部多层准直器

    Amptek 的所有 Si 探测器都包含内部多层准直器,以提高光谱质量。X 射线在探测器有效体积边缘附近相互作用可能会由于局部电荷收集而产生小脉冲。这些脉冲会在频谱中产生伪影,在某些应用中,这些伪影会掩盖重要信号。内部准直器可将 X 射线限制在产生干净信号的有效体积内。根据探测器的类型,准直器可以提高峰背比(P/B),消除边缘效应,并消除假峰。

    多层准直器通过逐层使用更低 Z 材料制成。每一层都充当上一层荧光峰的吸收体。最后一层是最低 Z 材料,其荧光峰值能量低到超出预期的 X 射线检测范围。

    Amptek 开发了一款顶尖的内部多层准直器(ML)。基底金属为 100 µm 的钨(W),第一层为 35 µm 的铬(Cr),第二层为 15 µm 的钛(Ti),最后一层为 75 µm 的铝(Al)。

    附加信息

  • 机械 +


    1.5 英寸延长管(标准)


    图 19.所有尺寸均以英寸为单位,公差为 ±0.005。

    XR-100 STP 文件

    无延长管


    图 20.所有尺寸均以英寸为单位,公差为 ±0.005。

    通用 AXR(T0-8)机械尺寸


    图 21.所有尺寸均以英寸为单位,公差为 ±0.005。

    TO-8 STP 文件

    典型探测器几何参数


    图 22.典型探测器几何参数。

     

    XR-100 STP 文件

    探测器(TO-8)STP 文件

  • 文档 +