硅漂移探测器中逃逸峰的分析与计算

能量色散X射线荧光光谱所使用的硅漂移探测器(SDD)在检测过程中会在个别含量较高待测元素所产生的较强特征峰的低能侧形成逃逸峰,其相应的特征峰也会损失一部分强度,逃逸峰的产生位置与探测器的成分有关;SDD探测器中入射特征峰与逃逸峰之间的能量差值为1.739 keV,等于硅原子的K_(α)特征能量,逃逸峰的强度与入射X射线的强度成正比,即与相应元素的含量/特征峰强度成正比,通常的入射特征峰逃逸概率比较低,在逃逸峰强度较低时对测试结果影响较小,当基体元素含量较高时产生的逃逸峰较大就会导致测试结果偏差较大;通过理论计算可以看出,逃逸峰的产生概率与探测器角度及元素种类等条件有关,从硅原子的质量吸收系数的变化趋势可以发现,随着入射特征线能量的增大硅原子对其的质量吸收系数降低,相应入射线的逃逸峰产生概率也会降低。当逃逸峰与其他待测元素的特征能量峰位置有重合时,会干扰相应元素的准确测量,导致相应元素的特征峰强度偏大,尤其是当待测元素含量较低时,其产生的特征峰强度较小,逃逸峰导致的本底强度所产生的干扰相对更大,因此需要对逃逸峰进行准确计算和校正。搭建了相应的平台进行测试,并以Fe和Mn元素为例,通过对SDD探测器中两种元素产生的逃逸峰概率进行理论分析与计算,并与实际测试谱图得到的逃逸概率值进行对比,发现两种数据符合较好,并且经对比发现在Fe_(2)O_(3)样品中的Fe∶K_(β)线的逃逸峰与Cr∶K_(α)峰重合,Fe∶K_(α)线的逃逸峰与Ti∶K_(α)峰有部分重合,在扣去逃逸峰后可以降低检出限,以更好地对Cr和Ti进行准确定量,该方法可扩展到其他含量较高元素的逃逸峰计算与校正,尤其是在土壤、矿物、合金检测等个别元素含量较高的样品中多元素检测方面的应用,可提高X射线荧光方法的测试准确度。

硅漂移探测器的制作工艺及特性研究

采用双面并行的平面工艺研制出了有源区面积5mm2的硅漂移探测器(SDD)。这种双面并行的平面工艺使得SDD绝大部分正面和背面的pn结结构能够并行完成,极大地减少了工艺步骤,降低了器件制作的难度。对研制的SDD的漏电流、电势分布、光电子的漂移特性等进行了测量和分析,对238Puα射线源的能谱进行了测量,对正常工作状态下出现的悬空阳极电位进行了分析和讨论。报道了利用阳极漏电流、光电子漂移特性、悬空阳极电位对SDD芯片进行中测和封装前快速筛选的方法。

硅漂移(SDD)阵列探测器X射线能谱测量诊断

采用最新的SDD探测器阵列测量HL-2A托卡马克等离子体软X射线(1～20keV)辐射的能谱,获得电子温度、Zeff、重金属杂质含量绝对值及其时、空分布。由于SDD探测器较之传统的Si(Li)探测器有体积小、计数率高(≥106/s),能量分辨和量子效率高,不需液氮冷却的特点,并采用高速ADC和海量缓存器,电子温度测量的时、空分辨能力接近汤姆逊散射和ECE等方法,而测量精确度、使用寿命、造价、抗干扰能力、适应性等方面优于后者,且信息获取量大,可获得多种等离子体参数而备受重视,是一种最先进的诊断手段。

EAST全超导托卡马克上硅漂移探测器软X射线能谱诊断

采用性能优越的15道硅漂移探测器(SDD)阵列,在EAST全超导托卡马克上建立了1套较为完善的软X射线能谱诊断系统,用以测量等离子体在软X射线辐射能段(1～20keV)的能谱。该诊断系统的观测范围基本覆盖了整个等离子体空间,因此,可满足EAST不同放电位形下电子温度测量的要求。利用该诊断系统,可获得时间分辨达50ms、空间分辨约为7cm的电子温度剖面。通过对比发现,由该诊断系统所得到的电子温度与其它电子温度诊断系统所测量的电子温度基本一致。此外,该诊断系统还可监测在软X射线能量范围内出现的一些金属杂质的特征线辐射。

电子照射对硅漂移探测器性能的影响

由于高能电子辐射的长期照射,新一代太阳X射线探测器硅漂移传感器的探测性能可能发生变化.通过用电子放射源模拟空间电子对硅漂移探测器进行辐射照射试验,以测试电子照射对传感器能量分辨率、效率、信号幅度等性能的影响.试验结果表明,长期的电子照射造成硅漂移探测器面损伤和体损伤,使其漏电流增大,信号幅度减小,能量分辨率也受到照射的影响,而探测效率未发生变化.

硅漂移探测器探测效率标定研究

单能X射线标定装置是基于布拉格衍射原理产生单能X射线的装置,能量连续可调的单能X射线可以为探测器提供能量可选的详细标定实验。使用蒙特卡洛计算软件对两个不同型号的硅漂移探测器的探测效率进行模拟计算,得到3~50 keV能量段的探测效率,在单能X射线标定装置上完成了硅漂移探测器探测效率的标定实验,得到实验测量的探测效率曲线,并与模拟效率曲线对比。其中,PNDetector公司的MLC型硅漂移探测器的实验结果与理论计算结果的误差最大值为4.23%@15 keV,KETEX公司的BEV 133型硅漂移探测器的实验结果与理论计算结果的最大误差为-6.88%@12 keV。结果表明,在7~16 keV能量段,两个探测器的实验标定结果与理论计算结果相符,在8 keV左右,实际探测效率大于90%。研究成果验证了使用基于布拉格晶体衍射原理的单能X射线用于探测器标定的优越性,为国产化X射线探测器提供可靠的性能研究与测试平台。

硅漂移探测器时间分辨优化仿真研究

硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)中电荷包的漂移时间(μs·cm^(−1))与粒子入射位置到读出电极距离有关,而且通常不能直接测量,其不确定性是影响探测器时间分辨的主要原因。漂移时间和电荷灵敏放大器(Charge Sensitive Amplifier,CSA)输出信号上升时间之间有明显的对应关系,利用三角成形和梯形成形信号的脉冲幅度比可测量上升时间,从而得到漂移时间。对脉冲幅度比测量网络进行了建模仿真,研究了脉冲幅度比与CSA输出信号间的关系,以及SDD和CSA电子学噪声对脉冲幅度比的影响。结果显示:脉冲幅度比只与上升时间有关,可通过幅度比测量漂移时间。通过优化成形网络的成形参数可以控制电子学噪声的影响,使修正后的到达时间测量精度提高一个数量级左右。

硅漂移探测器数字脉冲处理技术

硅漂移探测器(silicon drift detector, SDD)是一种高性能X射线探测器,具有极其广泛的应用. SDD射线探测系统由SDD器件、前置放大器和脉冲处理系统组成,现有的SDD脉冲处理系统存在脉冲堆积抑制性能差以及易受前级系统参数波动影响的问题,导致探测系统性能变差.本文提出一种SDD数字脉冲处理系统,在该系统中,模数转换器(analog-to-digital converter, ADC)直接采样前置放大器的输出,并将数据传输到数字脉冲处理平台进行处理.结合SDD器件与前置放大器的信号特性,分析ADC采样位数与采样频率对系统性能的影响;提出两种优化的ADC采样电路,防止因ADC采样位数不足引起能量分辨率变差.对数字脉冲处理系统中的脉冲成形算法进行研究,结果表明成形信号不会因前级系统的参数变化而畸变,证明了该数字脉冲处理系统的鲁棒性.建立完成SDD数字脉冲处理系统,并对系统进行测试,验证了系统的正确性.

硅漂移探测器用于X射线标识谱与吸收实验

利用硅漂移探测器测量不同元素的标识X射线,验证莫塞莱定律,计算屏蔽系数并解释其变化规律.利用不同厚度的镍吸收片做铜的标识X射线吸收,结果表明:单色化铜的标识X射线所需镍片的最佳厚度约为20μm.

一种硅漂移探测器的优化设计与特性研究

硅漂移探测器(SDD)因能量分辨率高和计数率高广泛应用于X射线的探测分析。阐述了同心圆环结构的圆柱形硅漂移探测器的工作原理,基于该结构采用TCAD仿真其内部电势分布、电场分布和电子浓度分布,依照仿真结果对器件结构进行优化,并对所研制的器件电学特性进行了测试分析。结果表明,优化后的硅漂移探测器内部漂移电场较为均匀并且电场强度较强,能够满足探测器的设计需求。

1．6 硅漂移（SDD）阵列探测器X射线能谱测量诊断

磁约束聚变装置中，利用高温等离子体自身辐射的X射线作为诊断工具，为测量等离子体重要的物理参数和热核聚变研究提供了便利的诊断手段，特别是热核聚变的研究方向已集中到等离子体中心区域并向堆芯模拟方向发展的今天。

X射线光谱仪用的硅漂移探测器

硅漂移探测器(SDD)是一个利用高电阻硅作为基片制作的半导体器件,通过在半导体晶片两面注入许多结面使高电阻硅半导体呈耗尽型半导体。

硅漂移电子温度测量系统的研制

在磁约束聚变装置中，对等离子体电子温度的测量一般采用电子回旋辐射法（ECE）、汤姆逊散射法以及软X射线能谱法。其中软X射线（1～20keV）能谱法是一种传统的方法，它比汤姆逊散射法的测量误差小，且有较好的时空分辨；与电子回旋辐射法（ECE）相比较，时空分辨能力相近，但可作绝对测量，并且受超热电子和逃逸电子的影响较ECE小。在软X射线能谱法的应用中，过去使用Si（Li）探测器来探测软X射线能谱，Si（Li）探测器体积大，能量分辨和量子效率低，并且需要使用液氮冷却，大体积的杜瓦（通常35L）使探测器体积庞大，

硅微条探测器

硅微条探测器的位置分辨率可好于σ=1.4μm,这是任何气体探测器和闪烁探测器很难作到的。主要介绍硅微条探测器的特点、结构、工作原理及其在近年来的发展和在高能物理、核医学等领域应用概况。

新型硅微条等探测器的发展及应用

最近几年,新型半导体探测器如硅微条,pixel,CCD,硅漂移室等的发展很快,在高能物理和天体物理实验中广泛应用,作为顶点及径迹探测器,它们的位置分辨率非常高,硅微条探测器的位置分辨能力目前可达到好于1.4μm,这是任何气体探测器和闪烁探测器很难达到的。主要介绍这些新型半导体探测器的结构、原理及其在高能物理、天体物理、核医学等领域的应用。

基于SDD与DPP的X荧光分析及其在光伏硅杂质元素分析中的应用

采用硅漂移探测器(SDD)和DPP数字脉冲处理器(DPP)相结合,以及双靶X光管激发系统的X荧光分析方法,测定了光伏硅中杂质元素的含量,并采用不同含量的国家标准物质元素,对其最低检测限、精密度、准确度、稳定性等进行了实验,以检验所研制设备及所建立方法的可行性和实用性。研究结果表明,运用该设备及方法所测得的数据,可满足欧盟ARTIST计划和美国太阳能工业协会对光伏硅中杂质元素的限制要求。

高灵敏度光伏硅杂质元素分析仪的研制

光伏硅杂质元素分析仪是基于能量色散谱仪的工作原理,研制开发的由硅漂移探测器和数字脉冲处理器以及双靶激发系统组成的X荧光类分析仪.仪器的性能测试中:能量线性偏差为0.23%,相对极差为0.06%,相对标准偏差为0.59%,同时探测器的能量分辨率为130 eV,均可证明满足光伏硅中Cr、V、Mn、Co、Ni、Fe等杂质元素的定量分析要求.同时,用该系统对某公司生产的光伏硅材料进行测试,结果与ICP-AES测试结果相吻合.

X射线光谱中特征峰漂移校正算法的研究

针对采用数字慢三角成形算法的高性能硅漂移探测器在开关复位型前放中出现的突变脉冲以及该类脉冲在成形后因幅度受损造成的特征峰漂移问题,提出了一种基于突变脉冲修复的特征峰漂移校正算法,该算法包括以下几个流程,首先将该电路输出的弱电流信号经CR微分电路进行转换得到负指数信号,然后负指数信号经三级放大电路放大后的幅度范围为0~2 V,该幅度范围保持在后端模数转换器的处理范围中,对放大后的负指数信号进行模数转换得到数字化的负指数脉冲序列,通过对上述负指数脉冲序列的采样点进行判断,当出现连续多个为零的采样点时就标记该脉冲为突变脉冲,最后对突变脉冲分别调用快校正和慢校正算法进行修复,并将修复后的负指数脉冲序列分别进行数字梯形成形,其成形结果存储到FIFO中进行多道成谱。实验以自制的铁矿样品为测量对象,将未进行校正的原始谱与采用不同校正方法得到的谱图进行对比,校正后铁和锶特征峰的影子峰所在道址区间的计数相比于未校正的原始谱的计数率有了明显的降低,与此同时,铁和锶两个特征峰所在道址区间的计数相比于不校正则有了明显的提高。由于特征峰计数率的漂移正是产生影子峰的根本原因,因此同一种元素在影子峰区域计数率的减小值与在特征峰区域计数率的增加值在数值上应趋于一致,实验结果中铁元素的影子峰和特征峰所在区间快校正和慢校正前后的计数率差值基本符合这一趋势,但锶元素影子峰和特征峰所在区间的快校正前后计数率差值相差较大,不符合影子峰计数减小值即为特征峰计数增加值的规律。造成这种结果的根本原因在于快校正对突变脉冲的修复不完整,而慢校正可以较好地实现所有采样点的修复,最后得出的修复效率也表明对于同样的区间,慢校正法得到的修复效率更高,对特征峰漂移的校正效果更好。结果表明特征峰漂移校正算法可以有效地消除特征峰前面的影子峰,实现对特征峰漂移的校正,这对获取精细X射线谱具有重要意义。

硅辐射探测器的研究进展

随着半导体技术的不断创新,硅辐射探测器制备技术也在日益更新、不断发展。概述了常见的带电粒子、X(γ)射线硅辐射探测器的发展状况,并对不同种类的硅辐射探测器的工作原理和功能特性进行了简述,以期为硅辐射探测器的新应用和新型半导体辐射探测器的研制提供思路。

X射线脉冲星导航动态模拟实验系统研制与性能测试

本文设计了一种半实物实验系统,能模拟出航天器在地球轨道及深空飞行时接收脉冲星周期X射线信号的情形.该系统主要由动态信号数据库、X射线模拟源、真空系统和探测系统组成.模拟源可以模拟出任意波形的脉冲轮廓,探测系统的时间分辨率优于2μs,通过分析时间转化模型给出了动态信号生成方法.实验模拟了航天器在近地轨道飞行一周接收Crab脉冲信号,将采集的光子到达时间转换到太阳系质心时后累积脉冲轮廓与标准轮廓相关度为0.9882.