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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 +