用于在带电粒子设备中使用的检测器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于检测X射线的辐射检测器，所述检测器包括硅漂移二极管(10,200)，所述硅漂移二极管示出阳极(16,202)和输出端，处于工作中的所述硅漂移二极管响应于单个检测到的光子在所述输出端上产生脉冲，所述输出端被连接到用于测量输出信号的电子电路，其特征在于所述硅漂移二极管包括在I/O端口与所述阳极之间的电压/电流转换器(208)，所述检测器被装备成经由开关(209)选择性地连接模拟反馈回路中的所述电压/电流转换器，作为其结果，所述硅漂移二极管被装备成可切换地工作于脉冲高度测量模式或电流测量模式下。

【技术实现步骤摘要】
用于在带电粒子设备中使用的检测器本专利技术涉及一种用于检测X射线的辐射检测器，该检测器包括硅漂移二极管(SDD)，SDD示出阳极和输出端，SDD响应于单个检测到的光子在输出端上产生脉冲，脉冲高度与由光子的检测所生成的电子空穴对的数量成比例，该输出端被连接到用于测量输出信号的电子电路。从还被称为Niculae[-1-]的“Optimizedreadoutmethodsofsilicondriftdetectorsforhigh-resolutionX-rayspectroscopy”,A.Niculae等人,NuclearInstruments&MethodsinPhysicsResearchA,568(2006)336~342中获悉这样的检测器。已知的出版物公开了包括硅漂移二极管(SDD)和相关电子电路的检测器。SDD示出了活性容积（activevolume），其中诸如X射线光子之类的碰撞辐射生成电子空穴对。作为二极管中的内电场的结果，电子漂移到阳极，在此处它们将阳极充电到对应的电势。阳极是非常小的，并且因此具有相对于阴极而言非常小的电容。获得小于0.5pF、现今通常为0.15pF的电容，并且因此少量的电子已经产生对于检测而言足够大的信号。采用与SDD集成的FET来缓冲在阳极上感应的信号，除非布线（wiring）的电容已经使信号恶化了。已知使用SDD的检测器被用在例如扫描电子显微镜(SEM)中。在SEM中，精细聚焦的电子射束在样本的表面上面扫描。电子通常具有200eV与30keV之间的能量，尽管已知使用了更低的和更高的能量。电子与样本相互作用并且因此辐射从样本出射。该辐射通常包括二次电子(SE，从样本出射，具有低于50eV的能量)、背散射电子(BSE，从样本出射，具有高于50eV的能量)以及特征X射线光子(X射线)。X射线给出了关于样本的材料的成分的信息。SDD的局限性是能够被计数的每秒脉冲的数量：SDD的速度受到电子行进到阳极所花费的时间和在此时间期间电子的排斥效应(也称为弹道亏损效应)的限制。这导致大约50到100nsec的有限上升时间。另外，随后的电子限制了计数速率。实际上，能够获得每秒5×105次计数到每秒1×106次计数的计数速率。集成电容器上的电荷定期需要被复位。常常通过当输出信号超过特定阈值时被触发的外部复位电路来完成这个。复位该设备通常花费几微秒，在该时间内SDD不能对输入信号进行响应，从而进一步限制了计数速率。注意到SDD也能够工作在内部的、自偏置复位模式下，其中阳极电荷由从FET的漏极到阳极的泄漏来补偿。然而，此模式导致轻微更坏的性能(能量甄别)。原则上，SDD还能够被用于检测电子，假如电子是足够高能的从而到达SDD的活性容积。当在SDD被BSE击中的位置处在SEM中使用所述检测器时的问题是所生成的BSE的数量比X射线光子的数量大得多。当SEM通常工作于其中BSE电流超过1pA、更具体地100pA的模式下时，并且在BSE电流可以是更大的数量级(1nA或更大)的情况下，每秒检测106个电子相当于仅0.16pA的电流。注意到，为了避免这样的检测器被BSE‘致盲（blind）’，这样的检测器常常配备有透射X射线和阻挡电子的窗口。作为示例而提及美国专利申请US2010/0163742的检测器。同样地，诸如BSE的偏转之类的避免BSE到达检测器的其它更复杂的方式是已知的。使用SDD的检测器的缺点是它们未被配备成检测具有超过1pA、更具体地超过1nA的电流的BSE信号。另一方面，因为检测器通常被放置在同样地能够检测到BSE的位置中(就在样本的上方)，所以存在对于具有能检测BSE的SDD的检测器(对于其作为X射线检测器的性能)的需求。本专利技术旨在提供对所述问题的解决方法。为此，根据本专利技术的检测器特征在于：硅漂移二极管包括在I/O端口与阳极之间的电压/电流转换器(208)，该检测器被配备为经由开关(209)选择性地连接模拟反馈回路中的电压/电流转换器，作为其结果，该硅漂移二极管被配备成可切换地工作于脉冲高度测量模式(PHMM)或电流测量模式(CMM)。通过将反馈电流馈送到阳极，SDD被用在CMM中，其中检测器的输出信号取决于每秒生成的电子/空穴对的数量。不需要复位，因为由于反馈回路的原因而导致阳极上的电压保持在恒定电压处。当最大计数速率被超过时，当检测到例如BSE时，优选此模式。要提及的是，措辞“模拟反馈回路”被用来描述被反馈的信号能够沿着基本上连续的标度取任何值，其与能够取仅两个值的逻辑信号形成对照。开关能够是机械开关(例如簧片继电器)或电子开关(例如包括一个或多个FET)。其还可以是：输出信号为数字输出信号，并且在反馈回路中，此数字信号被使用数字到模拟转换器(DAC)来加以转换。在该情况下，开关可以采用控制DAC的转换的形式，其中控制的一个状态使DAC的输出保持恒定，而不管到DAC的(数字)输入如何。注意到，Niculae[-1-]描述了电压/电流转换器，其被放置在I/O端口与阳极之间，但经由比较器，从而使得反馈的信号是逻辑信号。进一步注意到，在“ACMOSchargepreamplifierforsilicondriftdetectorswithon-chipJFETandfeedbackcapacitor”,C.Fiorini等人,NuclearInstruments&MethodsinPhysicsResearchA,568(2006)322-328中，在其图1中示出了一个电路，其中经由电阻器R1和Rg提供模拟反馈。然而，此电路不具有用以可切换地工作于脉冲高度测量模式(PHMM)或电流测量模式(CMM)下的、输出端与阳极之间的开关。如果电压/电流转换器是电阻的，则检测器的输出信号与电子/空穴对的数量成比例。如果该转换器示出对数电压/电流特性(例如由二极管造成的)，则输出信号示出对电子/空穴对的数量的对数依赖关系。注意到，通常存在于SDD上的复位二极管能够被用作示出对数依赖关系的电压/电流转换器。通过断开电压/电流反馈，SDD在其公知的PHMM下工作，因此检测每事件的能量。当检测X射线的能量时优选此模式。注意到，当在PHMM下操作检测器时，应该避免检测器暴露于BSE。能够通过用磁或静电场来偏转电子、通过使用如此低以致于它们不透入到检测器中的能量将电子减速到它们不到达检测器或者击中检测器的这样的能量、或者通过在电子源与检测器之间机械地安置箔（foil）来完成这个，所述箔对X射线是透明的(例如薄塑料箔)。进一步要提及的是，在PHMM下应该使用复位电路或自偏置复位，但是在CMM下这不是必要的。在本专利技术的优选实施例中，SDD示出了敏感表面，该敏感表面对辐射敏感，该敏感表面与阳极被形成在其上的表面相对，并且SDD示出了接近该敏感表面的活性容积，活性容积到敏感表面的距离足够小以便具有20keV、更具体地2keV、最具体地500eV的能量的电子透入到此活性容积，并且在该活性容积中生成电子/空穴对，作为其结果，检测器能够被选择性地用作用于检测X射线的检测器，或者用作用于检测带电粒子设备中的X射线和电子的检测器。SDD示出了其中生成电子/空穴对并且该电子/空穴对被收集到阳极(电子)本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测X射线的辐射检测器，所述检测器包括硅漂移二极管(10,？200)，所述硅漂移二极管示出阳极(16,？202)和输出端，处于工作中的所述硅漂移二极管响应于单个检测到的光子在所述输出端上产生脉冲，所述输出端被连接到用于测量输出信号的电子电路，其特征在于所述硅漂移二极管包括在I/O端口与所述阳极之间的电压/电流转换器(208)，所述检测器被装备成经由开关(209)选择性地连接模拟反馈回路中的所述电压/电流转换器，作为其结果，所述硅漂移二极管被装备成可切换地工作于脉冲高度测量模式或电流测量模式下。

【技术特征摘要】
2011.07.07 EP 11172955.41.用于检测X射线的辐射检测器，所述检测器包括硅漂移二极管(10,200)，所述硅漂移二极管示出阳极(16,202)和输出端，处于工作中的所述硅漂移二极管响应于单个检测到的光子在所述输出端上产生脉冲，所述输出端被连接到用于测量输出信号的电子电路，其特征在于所述硅漂移二极管包括在I/O端口与所述阳极之间的电压/电流转换器(208)，所述检测器被装备成经由开关(209)选择性地连接模拟反馈回路中的所述电压/电流转换器，作为其结果，所述硅漂移二极管被装备成可切换地工作于脉冲高度测量模式或电流测量模式下。2.根据权利要求1所述的辐射检测器，其中所述电压/电流转换器是电阻器(208)，作为其结果，所述电流测量模式是线性电流测量模式。3.根据权利要求1所述的辐射检测器，其中所述电压/电流检测器是二极管，作为其结果，所述电流测量模式是对数电流测量模式。4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的辐射检测器，所述硅漂移二极管(10)示出对辐射敏感的表面(18)，所述敏感表面与其上形成所述阳极(16,202)的表面(11)相对，并且所述硅漂移二极管示出接近所述敏感表面的活性容积(20)，所述活性容积至所述敏感表面的距离足够小以便具有20keV的能量的电子透入到此活性容积，并且在所述活性容积中生成电子/空穴对，作为其结果，所述检测器能够被选择性地用作用于检测X射线的检测器或者用作用于检测带电粒子设备中的X射线和电子的检测器。5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的辐射检测器，所述硅漂移二极管(10)示出对辐射敏感的表面(18)，所述敏感表面与其上形成所述阳极(16,202)的表面(11)相对，并且所述硅漂移二极管示出接近所述敏感表面的活性容积(20)，所述活性容积至所述敏感表面的距离足够小以便具有2keV的能量的电子透入到此活性容积，并且在...

【专利技术属性】
技术研发人员：CS库伊曼，GNA范维恩，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：