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X 射线探测器选择指南

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Amptek 提供了一系列高性能、紧凑型 X 射线探测器和相关信号处理电子器件。  辐射探测器是定制的光电二极管，包括传统的 Si-PIN 二极管、硅漂移探测器（SDD）和 CdTe 肖特基二极管。  该探测器与前置放大器的输入晶体管一起安装在两级热电制冷器上。  制冷器可使探测器和晶体管保持在 -25 oC 或更低温度，在无低温液氮冷却的情况下降低了电子噪声，并且功耗小于 1W。这种冷却方式在紧凑、方便的封装设计中实现了高性能，对于便携式 XRF 分析仪和高性能台式 XRF 和 EDS 系统的开发至关重要。

Amptek 探测器是 X 射线光谱测量领域尖端技术的代表，可提供最佳的能量分辨率、最佳的低能量效率、最高的计数率、最高的峰背比，并且成本低廉，适用于便携式系统、真空系统等。OEM 和实验室研究人员都在使用它们。  核心支持技术包括探测器本身（由 Amptek 设计和制造）、低噪声 JFET 和 CMOS 技术以及在坚实系统中实现良好冷却的封装技术。  Amptek 在该系列下拥有几种不同的基本探测器，它们均采用核心技术，但针对不同的应用进行了优化。

上图显示了一个安装在 TO-8 管座上的热电制冷器上的探测器。  输入 FET 和其他组件也安装在制冷器上。  镍盖（如图所示）焊接在 TO-8 管座上，外壳内部为真空，以获得最佳制冷效果。  盖上有一个窗口（上面显示为深蓝色），用于进行软 X 射线检测。  铍通常用于大于 2 keV 的能量，而 Si3N4 则用于较低的能量。  探测器使用复位式前置放大器。

  • 探测器选型 +


    FAST SDD®：  这是 Amptek 性能最高的探测器。对于需要最佳性能的用户，建议使用 FAST SDD®。它可以提供最佳的能量分辨率（在 5.895 keV 时低至 122 eV FWHM），可以测量最低能量 X 射线（在 52 eV 时低至 Li Ka 线），具有最佳的峰背比，可以以最高的计数率（> 1 Mcps）运行，并可提供最大面积（最大 70 mm2）。FAST SDD® 被广泛用于最严苛的 XRF 应用、EDS 和 SEMS/TEM、同步加速器和其他研究系统中。

    SDD： 推荐需要中等能量分辨率和计数率的用户使用。SDD 的典型分辨率为 125 eV，计数率通常为 200 kcps。它被广泛用于许多便携式 XRF 应用。

    Si-PIN：建议用于需要中等能量分辨率和计数率且预算不高的应用。Si-PIN 器件具有传统的平面结构，电子噪声比 SDD 更大，但更易于制造。目前有三种不同的 Si-PIN 型号，面积分别为 6 mm2、13 mm2 和 25 mm2。6 mm2 探测器可以高达 50k cps 的计数率在 5.9 keV Mn Ka 线处提供 140 eV FWHM 的能量分辨率。13 mm2 和 25 mm2 探测器在相同的计数率下可提供典型的能量分辨率为 180 和 210 eV 。

    CdTe：推荐用于 20-30 keV 以上的应用。CdTe 的阻止本领比 Si 高得多，可以制造得更厚，因此对所有特征 X 射线（甚至到 U 的 K 线）都具有高效率。CdTe 的电子噪声比任何一个 Si 探测器都要差（5.9 keV Mn Ka 线处的分辨率通常为 450 eV FWHM），这使 Si 探测器成为低于 20 keV 能量应用的更好选择。但是，在 20 至 30 keV 以上，分辨率主要由 Fano 展宽决定，因此差异变小，特征 X 射线间距更宽，Si 探测器的效率下降，这使 CdTe 成为更好的选择。CdTe 探测器非常适合测量 X 射线管的频谱，适用于效率非常重要而能量分辨率不那么重要的应用。  CdTe 也是伽马射线应用的最佳选择。

    CdTe 和 Si-PIN 探测器之间的对比。

  • Si-PIN 和 SDD 选型表和性能对比 +


    探测器类型
    面积/厚度
    窗口选项    		 保证能量分辨率
    eV FWHM @ 5.9 keV*
    峰背比*    		 XR-100 部件号 X-123 部件号
    Si-PIN
    6mm2/500 µm
    0.5 或 1.0 密耳 Be
    139 – 159 eV
    32 µs 峰值时间
    P/B 比：19000/1（典型值）
    		 XY-FSG32MD-G3SP（1 密耳 Be）
    XY-FSG32MD-G2SP（0.5 密耳 Be）    		 ZY-FSG32MD-G3SP（1 密耳 Be）
    ZY-FSG32MD-G2SP（0.5 密耳 Be）
    Si-PIN
    13mm2/500 µm
    1.0 密耳 Be
    180 – 205 eV
    32 µs 峰值时间
    P/B 比：4100/1（典型值）
    		 XY-FS432MD-G3SP（1 密耳 Be） ZY-FS432MD-G3SP（1 密耳 Be）
    Si-PIN
    25mm2/500 µm
    1.0 密耳 Be
    190 – 225 eV
    32 µs 峰值时间
    P/B 比：2000/1（典型值）
    		 XY-FSJ32MD-G3SP（1 密耳 Be） ZY-FSJ32MD-G3SP（1 密耳 Be）
    SDD
    25mm2/500 µm
    0.3 或 0.5 密耳 Be
    125 – 135 eV
    11.2 µs 峰值时间
    P/B 比：>20000/1（典型值）
    		 XY-GSH3AMD-G2SP（0.5 密耳 Be）
    XY-GSH3AMD-G1SP（0.3 密耳 Be）    		 ZY-GSH3AMD-G2SP（0.5 密耳 Be）
    ZY-GSH3AMD-G1SP（0.3 密耳 Be）
    FAST SDD®
    25mm2/500 µm
    0.3 或 0.5 密耳 Be
    C1 或 C2 Si3N4
    122 – 129 eV
    4 µs 峰值时间
    P/B 比：>20000/1（典型值）
    		 XY-HSH3AMD-G2SP（0.5 密耳 Be）
    XY-HSH3AMD-G1SP（0.3 密耳 Be）
    XY-HSH3AMD-U0EA (C1)
    XY-HSH3AMD-E6EA (C2)    		 ZY-HSH3AMD-G2SP（0.5 密耳 Be）
    ZY-HSH3AMD-G1SP（0.3 密耳 Be）
    ZY-HSH3AMD-U0EA (C1)
    ZY-HSH3AMD-E6EA (C2)
    FAST SDD®-70
    70mm2/500 µm
    0.5 密耳 Be 或 C2 Si3N4
    123 – 135 eV
    4 µs 峰值时间
    P/B 比：>20000/1（典型值）
    		 XY-HS63AMD-Y2SP（0.5 密耳 Be）
    XY-HS63AMD-W6EA (C2)    		 ZY-HS63AMD-Y2SP（0.5 密耳 Be）
    ZY-HS63AMD-W6EA (C2)

    *所有结果均在探测器完全冷却的情况下获得；请联系我们以讨论在不同工作条件下的保证性能。峰背（P/B）比是指 13 和 25 mm2 Si-PIN 从 5.9 keV 到 2 keV 的计数比以及所有 SDD 和 6 mm2 Si-PIN 从 5.9 keV 到 1 keV 的计数比。

    用户在选择探测器时不仅应考虑分辨率，还应考虑面积、厚度、吞吐量和峰背比。

    图 4.Si-PIN 和 SDD 探测器的分辨率与峰值时间之间的关系。峰值时间约为 2.4 倍整形时间。

    图 5.6 mm²、13 mm² 和 25 mm² Si-PIN 探测器的分辨率与峰值时间和温度之间的关系。

    图 6.25 mm² 标准和 FAST SDD® 探测器的分辨率与峰值时间和温度之间的关系。

    图 7.70 mm² FAST SDD® 探测器的分辨率与峰值时间和温度之间的关系。

  • 配置 +


    所有 Amptek X 射线探测器元件均有 XR-100、X-123 或 OEM 配置。

    XR-100 配置仅包括探测器和前置放大器，必须与 PX5 数字脉冲处理器、MCA 和电源搭配使用才能构成一个完整的系统（或 DP5/PC5 OEM 处理器和电源）。XR-100/PX5 组合最为灵活，专为实验室和研究用途而设计。PX5 可与其他探测器（包括其他制造商的探测器）配合使用。

    X-123 包括探测器、数字脉冲处理器、MCA 和电源，是一个完整的系统。X-123 配置是 OEM 台式和对尺寸、便携性和上市速度提出了特殊要求的定制应用的理想选择。

    对于手持式和定制 OEM 应用，还有其他配置可供选择。


    图 1.XR-100/PX5 配置。
    图 2.X-123 配置。
    图 3.OEM 配置。

    图 4.带 9 英寸延长管和真空接头的 XR100 和 X-123。