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FAST SDD® 超高性能硅漂移探测器

这是真正的尖端技术！

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。这使它成为目前性能最佳且真正尖端的硅漂移探测器。

FAST SDD® 是 Amptek 最高性能的硅漂移探测器（SDD），能够在保持出色分辨率的同时，提供超过 1,000,000 CPS（每秒计数）的计数率。FAST SDD® 还可配备我们的专利 C 系列 (Si3N4) 低能量窗口，用于软 X 射线分析。

概述

我们传统的 SDD 在密封的 TO-8 封装内使用了一个结栅场效应晶体管（JFET）以及一个外部前置放大器，而 FAST SDD 在 TO-8 封装内使用了一个互补型金属氧化物半导体（CMOS）前置放大器，并用金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）取代了 JFET。  这显著降低了电容，提供了更低的串联噪声，并提高了短峰值时间时的分辨率。  FAST SDD® 使用了相同的探测器，但带有前置放大器，可在较短的峰值时间时提供更低的噪声。改善后的（更低）分辨率可分离具有相近能量值以及峰可能重叠的荧光 X 射线，从而使用户能够更好地识别样品中的所有元素。  较短的峰值时间也可显著提高计数率；更多计数可提供更好的统计数据。

特点

  • 25 mm² 有效面积准直至 17 mm²
    也有 70 mm² 准直至 50 mm²
  • 5.9 keV 时 122 eV FWHM 分辨率
  • 计数率 > 1,000,000 CPS
  • 高峰背比 – 26,000/1
  • 前置放大器输出上升时间 <35>i>
  • 窗口：Be（0.5 密耳）12.5 µm 或专利 C 系列 (Si3N4)
  • 硬辐射
  • 探测器厚度 500 µm
  • TO-8 封装
  • 冷却 ΔT>85 K
  • 多层准直器

真正的尖端技术

  • 噪声更低 → 改善后的分辨率低至 122 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

    • 应用

    • 超快速台式和手持式 XRF 分析仪
    • 作为 EDS 系统的一部分，在 SEM 中扫描/绘制样品谱图
    • 在线流程控制
    • X 射线分拣机
    • 太空和天文应用
    • OEM
    该图显示了太空站上 NICER X 射线定时仪器的 96 个 Amptek FAST SDD®，其中 C2 窗口在安装遮光罩之前安装在焦平面上。鸣谢： NASA/Keith Gendreau
    关于如何将 FAST SDD 集成到仪器中的问题？

    • 性能 +


      典型性能特征
      分辨率 峰值时间
      124 eV FWHM 4 µs
      126 eV FWHM 1 µs
      134 eV FWHM 0.2 µs

      表 1.FAST SDD® 的分辨率与峰值时间之间的关系。

      图 1.FAST SDD® 和标准 SDD 在 210 K 下的分辨率与峰值时间之间的关系。

      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 FAST SDD® 经常使用的峰值时间，分辨率在整个温度上的变化不大 (< />>

      图 4.FAST SDD® 的吞吐量。

      图 5.FAST SDD ® 在不同峰值时间下的分辨率与输入计数率（ICR）之间的关系。

      图 5.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 +


      通用
      探测器类型 带 CMOS 前置放大器的硅漂移探测器（SDD）
      探测器尺寸 25 mm2 - 准直至 17 mm2
      也有 270 mm - 准直至 50 mm2
      硅厚度 500 µm
      准直器 内部多层准直器（ML）
      能量分辨率 @ 5.9 keV（55Fe） 4 µs 峰值时间时为 122 - 129 eV FWHM（保证）
      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 (Si3N4) 低能量窗口
      电荷灵敏前置放大器 CMOS
      增益稳定性 <20 ppm/°C（典型值）
      尺寸
      （请参阅配置）      		 探测器模块：TO-8 封装（0.640 英寸高，包括引脚，0.600 英寸直径）
      XR100 盒：3.00 x 1.75 x 1.13 英寸（7.6 x 4.4 x 2.9 厘米），不包括延长管
      X-123 盒：2.7 x 3.9 x 1 英寸（7 x 10 x 2.5 厘米）不包括延长管
      OEM 配置各有不同
      重量
      （请参阅配置）      		 探测器模块：0.14 盎司（4.1 克）
      XR100 盒：4.4 盎司（125 克）
      X-123 盒：6.3 盎司（180 克）
      OEM 配置各有不同
      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 XR100 配置：±8 V @ 15 mA，峰间噪声不超过 50 mV
      OEM 配置（PA210/230 或 X-123）：±5 V
      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：XR-100SDD 配有自己的温度控制器
      输出
      前置放大器灵敏度 典型 3.6 mV/keV（可能因不同探测器而异）
      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
      温度监测灵敏度 因配置而异
      当与 PX5、DP5 或 X-123 一起使用时：通过软件直接读取开尔文温度值。
      前置放大器输出上升时间 <35 ns

    • 配置 +


      25 mm2 FAST SDD 有标准 Amptek 选件和 OEM 配置可供选择。

      • XR100FASTSDD 与 PX5 相结合
      • X-123FASTSDD
      • OEM 配置
      • 真空应用
      XR-100FAST SDD 与 PX5 带有前置放大器的 FAST SDD 有多种 OEM 配置可供选择 X-123FAST SDD 配置包括探测器、前置放大器、数字处理器和电源，它们全部集成在一个小盒子中 FAST SDD 与所有 Amptek 真空附件兼容

    • 选项、配件和其他信息 +


    • 应用 +


      谱图示例

      图 6.FAST SDD® 在 1 秒内采集的不锈钢 316 谱图。

      FAST SDD® 的不锈钢 316 定量分析

      下表为图 4 中数据的定量分析结果。该谱图由 FAST SDD® 在 1 秒内采集。

      元素 认证浓度 1 秒内的 Fast SDD® 结果
      V 0.05 0.16 ± 0.28
      Cr 18.45 18.32 ± 0.80
      Mn 1.63 0.40 ± 0.55
      Fe 64.51 65.89 ± 1.64
      Co 0.10 0.00 ± 0.40
      Ni 12.18 12.56 ± 0.47
      Cu 0.17 0.19 ± 0.02
      Mo 2.38 2.34 ± 0.08

      图 7.FAST SDD® 在 1 秒（1 µs 峰值时间）内采集的焊锡谱图。

      图 8.FAST SDD® 在高达 1 Mcps 的不同计数率下采集的多元素标样谱图。

      空间探索应用

      连接到 ISS 的 NICER

      中子星内部构成探索器 (NICER) 是一个国际空间站的有效载荷，专门用于通过软 X 射线定时研究中子星。  仪器的核心是 56 个带 C 系列窗口和成对 X 射线“集中器”光学器件（XRC）的 Amptek 硅漂移探测器（SDD）。每个 XRC 都会从空中一个大约 30 arcmin2 区域的较大几何面积采集 X 射线，并将它们聚焦到一个小的 SDD 上。Amptek FAST SDD® 可检测单个光子，以良好的（百分之几）频谱分辨率记录其能量，其检测时间相对于世界时间可达前所未有的 100 纳秒 RMS。这种配置可在 0.2-12 keV X 射线波段内提供高信噪比光子计数能力，非常适合测量中子星以及其他许多天体物理源的典型频谱。

      有关 NICER 任务的概述，请参阅本演示文稿。

    • 探测器几何参数 +


      Amptek Si-PIN 和 SDD 探测器的机械尺寸

      TO-8 STP 文件

    • 文档 +