SEM 配备的背散射电子探测器有半导体的、闪烁体+光电倍增管的、4Q BSD的、鲁宾逊的、YAG的、人马座......请大师们指点一下这些探测器的特点,及如何选配。
虽然这两个探测器测的是不同波数的光,我想请教它们有没有一个比较量化的比较?主要是从灵敏度的角度出发.谢谢!!!
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火焰探测器又称感光式火灾探测器,即探测火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。下面工采网小编给大家介绍一下火焰探测器工作原理。火焰燃烧过程释放紫外线、可见光、红外线,在特定波长、特定闪烁频率(0.5HZ-20HZ)具有典型特征,有别于其他干扰辐射,阳光、热物体、电灯等辐射出的紫外线、红外线没有闪烁特征。火焰探测器工作原理是通过检测火焰辐射出的特殊波长的紫外线、红外线及可见光等,同时配合对火焰特征闪烁频率来识别,来探测火焰。一般选用紫外光电二极管、紫外线探测器、紫外线传感器等作为探测元件。[img=,446,450]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712011704_01_3332482_3.jpg!w446x450.jpg[/img]紫外线探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器,光电探测器利用光电效应,把光学辐射转化成电学信号。光电效应可分为外光电效应和内光电效应。外光电效应器件通常指光敏电真空器件,主要用于紫外、红外和近红外等波段。具有内增益的外光电效应器件包括光电敏倍增管、像增强器等光敏电真空器件,它们具有极高灵敏度,能将极微弱的光信号转换成电信号,可进行单光子检测,其灵敏度比内电光效应的半导体器件高几个量级。内光电效应分为光导效应和光伏效应。光导效应中,半导体吸收足够能量的光子后,把其中的一些电子或空穴从原来不导电的束缚状态激活到能导电的自由状态,导致半导体电导率增加、电路中电阻下降。光伏效应中,光生电荷在半导体内产生跨越结的P-N小势差。产生的光电压通过光电器件放大并可直接进行测量。根据光导效应和光伏效应制成的器件分别称为半导体光导探测器和光伏探测器。最后给大家介绍三款性能非常优秀的紫外线探测器和紫外线二极管,都是应用在火焰检测和防紫外辐射源等领域的顶尖产品。[b]德国SGLUX 紫外光电探测器 - TOCON_ABC1[img=,298,298]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712011705_01_3332482_3.jpg!w298x298.jpg[/img]基于碳化硅的宽频紫外光电探测器,带有集成放大器TOCON是5伏供电的紫外光电探测器,带有的集成放大器使紫外辐射转化成0~5V电压输出。TOCON的输出电压引脚可以直接连接到控制器,电压计或其他带有电压输入的数据分析装置。高度现代化的电子元件和带有紫外玻璃窗的密封金属外壳可消除封装内寄生电阻路径导致的噪声或电磁干扰。对各个工业紫外传感应用来说,TOCON 是完美的解决方案,从pW/cm2水平的火焰检测到W/cm2水平的紫外固化灯控制。十种不同的TOCONs覆盖了这13个数量级范围,它们的灵敏度有所不同。TOCONs生产为紫外宽频传感器或带有过滤器进行选择性测量。在恶劣环境和极低或极高的紫外辐射中,精密电子件使TOCON成为了一个可靠的元器件。但是sglux内部生产的SIC探测器芯片使TOCON成为了永存的准传感器,以PTB所报告的强抗辐射为特点。应用在紫外辐射和火焰检测领域。[b]紫外光电探测器TOCON_ABC1特性:[/b]基于碳化硅的宽频紫外光电探测器放于TO5 外壳中,带有集中器镜头盖0…5 V电压输出峰值波长是280 nm在峰值处最大辐射(饱和极限)是18 nW/cm2 ,最小辐射(分辨极限) 是1,8 pW/cm2[b]德国SGLUX 紫外光电探测器 - TOCON_ABC10[/b][img=,298,298]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712011705_01_3332482_3.jpg!w298x298.jpg[/img]TOCON是5伏供电的紫外光电探测器,带有的集成放大器使紫外辐射转化成0~5V电压输出。TOCON的输出电压引脚可以直接连接到控制器,电压计或其他带有电压输入的数据分析装置。高度现代化的电子元件和带有紫外玻璃窗的密封金属外壳可消除封装内寄生电阻路径导致的噪声或电磁干扰。对各个工业紫外传感应用来说,TOCON 是完美的解决方案,从pW/cm2水平的火焰检测到W/cm2水平的紫外固化灯控制。十种不同的TOCONs覆盖了这13个数量级范围,它们的灵敏度有所不同。TOCONs生产为紫外宽频传感器或带有过滤器进行选择性测量。在恶劣环境和极低或极高的紫外辐射中,精密电子件使TOCON成为了一个可靠的元器件。但是sglux内部生产的SIC探测器芯片使TOCON成为了永存的准传感器,以PTB所报告的强抗辐射为特点。应用在紫外辐射、淬火控制和火焰检测领域。[b]紫外光电探测器TOCON_ABC10特性:[/b]基于碳化硅的宽频紫外光电探测器放于TO5 外壳中,带有衰减器0…5 V 电压输出峰值波长是290 nm在峰值处最大辐射(饱和极限)是18 nW/cm2 ,最小辐射(分辨极限) 是1,8 mW/cm2[b]德国SGLUX 紫外光电二极管 - SG01D-5LENS[img=,394,291]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712011706_01_3332482_3.jpg!w394x291.jpg[/img]SiC 具有独特的特性,能承受高强度的辐射,对可见光几乎不敏感,产生的暗电流低,响应速度快和噪音低。这 些特性使SiC成为可见盲区半导体紫外探测器的最佳使用材料。SiC探测器可以一直工作于高达170°C(338°F)的温度中。信号(响应率)的温度系数也很低, 0,1%/K。由于噪音低(fA级的暗电流), 能够有效地检测到极低的紫外辐射强度。请注意这个装置需要配置相应的放大器。(参见第3页中的典型电路)。SiC光电二极管有七个不同的有效敏感面积可供选择,从0.06 mm2 到36 mm2。标准版本是宽频UVA-UVB-UVC。四个滤波版本导致更严格的感光范围。所有光电二极管都有密封的金属外壳(TO型),直径为5.5mm的TO18 外壳或9.2mm 的TO5外壳。进一步的选项是2只引脚(1绝缘,1接地)或3只引脚(2绝缘,1接地)。[b]德国SGLUX 紫外光电二极管 SG01D-5LENS 特点[/b]宽频UVA+UVB+UVC, PTB报道的芯片高稳定性, 用于火焰检测辐射敏感面积 A = 11,0 mm2TO5密封金属外壳和聚光镜, 1绝缘引脚和1接地引脚10μW/cm2 峰值辐射约产生350 nA电流[b]德国SGLUX 紫外光电二极管 SG01D-5LENS参数:[/b][b][img=,690,365]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712011706_02_3332482_3.jpg!w690x365.jpg[/img][/b][/b][/b]
分享一篇关于低真空SEM技术的文献。《电子显微学报》2023年4月,第42卷第2期低真空扫描电子显微镜对含水、含气以及不导电样品等的表征方面有着重要应用。国仪量子公司团队基于电子轨迹追踪模拟和粒子碰撞蒙特卡洛模拟,对低真空信号探测器的工作过程进行仿真和实测,分析了探测器在不同位置和气压大小对收集效率的影响。根据模型所预测的探测电流的大致范围同实测探测电流较为一致。同时仿真分析的结果表明,空间中不同区域的放电强度有较大区别,局部区域的雪崩倍增剧烈程度与该区域的电场强度成正相关。这对探测器的形状和位置布局设计具有显著的指导意义。
为光谱测量用的光电倍增管探测器配套设计的弱光光纤汇聚器可准确的捕捉大量瞬间产生的空间微弱光信号进入光纤,并传输给光电倍增管,大大提高光电倍增管探测器的灵敏度和响应度。其特点是:光谱范围宽,光纤类型可选,结构紧凑、结实、可靠,抗电磁干扰、绝缘、阻燃、防爆、耐腐蚀应用于:弱光信号探测、光纤传感系统http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/08/201408131524_510141_2862976_3.jpg
MCP(微通道板)是一种平面二维探测器,可以在真空条件中探测电子、离子、真空紫外线、X射线和伽玛射线,并能放大探测的信号。重要的特点是快速达到低于纳秒的响应时间,对于飞行时间质谱(TOF-MS)来说是非常理想的探测器。[align=center][img=,400,233]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/49467a59-3f27-4730-a050-43fffc6ae215.jpg[/img][/align][align=center]滨松MCP产品[/align]在质谱应用中,样品经过电离源生成离子,经过质量分析器后,不同荷质比(m/z,即电荷/分子量)的离子被区分开来并在真空中飞向MCP,最终被MCP所探测。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/edaa3795-07e2-4f40-8f21-21b76281fc28.jpg[/img][/align][align=center]MCP在TOF-MS中的使用示意图[/align]本文将就MCP的基本原理,重要参数和简单选型问题,进行解读。以帮助仪器开发中,对MCP产品更好的理解、选择和使用。[align=center][img=,400,294]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/98f3ffd1-08f2-4d90-b391-17feaf8e2261.jpg[/img][/align][color=#c00000][b]什么是MCP?[/b][/color][align=center][/align]微通道板(Microchannel Plate,一般简称 MCP)可以被用于检测电子、离子、高能粒子、中子、紫外线、X射线等各种粒子和能量较高的电磁波。是由大量中空的毛细管(微通道)二维排列而成的片状结构(见图1-A,B)。微通道的内壁经过处理,使得粒子轰击时能够产生二次电子。使用中MCP两端被加上电压,在微通道内部形成电场,粒子轰击产生的二次电子会被电场加速,再次轰击微通道内部产生更多的二次电子(如图1-C)。这个过程在同一微通道中重复多次,最终在出口端输出大量的电子(称为倍增电子)。MCP最终输出的倍增电子和入射粒子的数量之比称为MCP的增益,一般单片MCP的增益在10[sup]3[/sup]左右。[align=center][img=,600,320]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/94a2feba-f161-4e92-9247-8b65c934e081.jpg[/img][/align][align=center]图1. MCP结构与基本原理[/align][align=center]MCP的尺寸一般在10-100mm量级,厚度在0.5-1mm量级,微通道直径在10um左右[/align]MCP输出的倍增电子一般有三种读出方式:单阳极读出、多阳极读出与荧光屏读出。滨松不仅能够提供MCP裸片,还可以提供模块产品对应各种信号读出方式与要求。 单阳极读出模块:所有MCP输出的倍增电子被同一个阳极接收转化为电信号。此类模块相当于一个点探测器,常被用做质谱探测器; 多阳极读出模块:MCP不同位置所输出的倍增电子对应着不同的阳极,让此类模块具有了位置区分的能力,可被用于化学分析用电子能谱(ESCA)等应用中。多阳极可以呈线性排列,也可以成二维排列(如图2)。阳极间距(Anode Pitch)可以为3mm或以上; 荧光屏读出模块:荧光屏可以将MCP输出的电子转化为可见光。与单片MCP联用时分辨率能达到40-50um;与两片MCP联用时分辨率能够做到80-100um。根据需求不同(如输出的可见光颜色、荧光衰减时间、响应时间等),可以选择不同的荧光屏。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/c6c3dd2a-6426-484f-9803-3a264ca46b1d.jpg[/img][/align][align=center]图2. MCP读出模块示意:(A)单阳极读出;(B)多阳极读出;(C)荧光屏读出[/align][b][color=#c00000]5个重要参数解析[/color][/b][color=#c00000][/color]作为一类探测器,MCP的探测下限、探测上限与线性范围、响应速度、寿命及使用环境都是经常被关注的特征。另外,对于荧光屏输出的MCP模块,空间分辨率也非常重要。接下来,我们就将从这些特征入手,进行解析。[b]探测下限[/b]探测下限的核心是整个探测体系的信噪比。[align=center][img=,500,360]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/9a84afc1-25d8-4889-afbe-1129fb88510b.jpg[/img][/align][align=center]图4. MCP信噪比的相关参数[/align]为了拥有更好的探测下限,可以从以下三个方面入手:提高探测效率;降低噪声,尤其是能被增益放大的噪声;提升增益。[color=#333333]1、探测效率[/color]在MCP对弱信号进行探测时,越大比例的待测信号能被接收并轰击出二次电子(即探测效率越高),也就意味着能更好地“利用”待测信号,探测下限也就越低。不同的粒子/电磁波在MCP中的探测效率并不一样(如表1),所以提升MCP探测效率的第一个策略是先将探测效率低的粒子/电磁波转换为探测效率高的粒子(如电子)。例如,(a)MCP对VUV的探测效率较低,在VUV探测中,可在MCP入口端镀上CsI等光电转换材料将VUV转换为电子;(b)MCP对可见光几乎无响应,在极弱可见光探测的像增强器中,可通过GaAs等光电材料将可见光转化为电子。[align=center]表1. MCP对各种粒子/电磁波的探测效率[/align][align=center][img=,500,307]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/2eb0ae25-41f8-4270-a0ac-ffcfd4c2bcac.jpg[/img][/align]第二个提升探测效率的策略,是让更大比例的入射粒子成功轰击出二次电子。具体办法有二:# 增加开口率(Open Area Ratio,OAR)开口率指“MCP表面微通道开口面积 / 整个MCP有效面积”。开口率越高,MCP的探测效率也越高。一般普通MCP的开口率为60%,而滨松研发的漏斗形(funnel type)开口的MCP,开口率可达90%(如图5,实际对比如图6)。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/87e727c4-444f-4673-af67-f751263f4d40.jpg[/img][/align][align=center]图5. MCP的开口率与偏角[/align][align=center][/align][align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/b866120d-7e7e-4b11-b08e-4c0de259c886.jpg[/img][/align][align=center]图6. 不同OAR的MCP在探测效率上的对比[/align][align=center]样品为小分子蛋白质,探测体系为MALDI-TOF[/align]# 选择合适的偏角(Bias Angle)偏角指微通道与MCP表面的法线之间所成的角度,为的是让粒子有更大的概率轰击到微通道的内壁上(如图5)。但偏角并非越大越好,以电子为例,在打入微通道内壁后产生二次电子,产生二次电子的位置和偏角相关。如果偏角太大,使得电子入射后产生二次电子的位置较深,容易造成二次电子的逸出减少;如果偏角太小,又会导致没有足够的二次电子激发。MCP的偏角一般为8°~ 12°。[color=#888888][/color][align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/b51d1409-4e8a-4be5-927b-2af87cfa817c.jpg[/img][/align]2、噪声在MCP所涉及的探测系统中,噪声可以分成MCP本身的噪声,以及读出端的噪声。MCP本身的噪声是比较低的,在电压1000V时,单片MCP的暗电流低于0.5pA/cm[sup]2[/sup]。作为对比,光电倍增管(PMT)是以信噪比高而著称的探测器,滨松R928侧窗光电倍增管的感光面积为8mm x 24mm = 1.92 cm[sup]2[/sup],其暗噪声的典型值为3nA,折合约1500pA/cm[sup]2[/sup]。MCP在使用中主要需要考虑的噪声来源是离子反馈(Ion Feedback,具体机理见图7)。虽然MCP工作在真空中,但总是不可避免的有残余气体分子。当MCP输出的倍增电子和残余气体分子碰撞时,会产生正离子。这些正离子在电场中会与倍增电子呈反向运动,再次轰击微通道内壁产生电子,这个过程就称为离子反馈。由于正离子反向运动是需要时间的,所以离子反馈所产生的信号与真实信号本身并不会叠加,反而成为了噪声/杂峰的重要来源。所以真空度不够时,残余气体分子过多会在实际使用中带来额外的噪声,这是特别需要注意的。就滨松的MCP产品而言,建议工作在1.3x10[sup]-4[/sup]Pa以下。不过,滨松也将在近期发布能够工作在低真空度(至1Pa)下的MCP模块,敬请关注。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/1dcbfc58-14fa-4c3f-b672-71794f3ed006.jpg[/img][/align][align=center]图7. 离子反馈示意图[/align][align=center][/align]3、增益由于MCP本身的噪声很低,所以读出端引入的噪声(主要是不能被MCP增益放大的噪声,参考图4中公式)会影响较大。具体说来,无论是单阳极输出方式中的读出电路,还是荧光屏输出方式中的荧光屏+相机,都会引入额外的噪声。所以在检测弱信号的时候,MCP采用更高的增益不仅是放大了信号,产生了更多的倍增电子,还能让整个系统得到更好的信噪比。MCP的增益主要与纵横比(α,Aspect Ratio)和电压相关。纵横比指微通道的长度与直径的比值(如图8);电压特指加在MCP两端的电压(如图1-C中所示的电压)。如图8所示,纵横比越大,MCP所能提供的增益越大;同一片MCP上所加的电压越大,增益越大。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/e4d01ca8-33ff-47d1-8628-2852f776c8c4.jpg[/img][/align][align=center]图8. MCP的增益与电压、纵横比之间的关系[/align]对于单片的MCP,当增益大于10[sup]4[/sup]的时候,MCP射出的倍增电子量变大,离子反馈所产生的噪声就很大了;所以一般不会用太高的纵横比(一般40-60,这样给1kV电压的时候就能做到10[sup]4[/sup]的增益)。如果应用中需要更高的增益,通常会把2-3片MCP叠在一起,并让前后MCP的偏角反过来(如图9),这样的反角设计,可让反馈离子难以进入第一级MCP,有效减弱离子反馈,提升信噪比。如图9所示,2-3片MCP叠在一起的增益会比较高。实际使用中,最常见的是将两片MCP叠在一起获得约10[sup]6[/sup]以上的增益。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/82381df2-ea89-48d7-9549-34e2488aa42e.jpg[/img][/align][align=center]图9. 2-3片MCP叠在一起的使用方案及效果[/align]综上所述,只要在要求的高真空环境下,MCP本身的噪音是非常低的。如果特别关注弱信号的检测,在选型和使用时主要可以考虑:1)选用大开口率(OAR)的型号,保障高探测效率;2)适当采用较高的电压,以及选择2-3片MCP叠起来使用以获得更高的增益,间接压制读出端的噪音,降低信号读出的难度。线性范围与探测上限线性范围取决于探测上限与探测下限的差值。如果一个手段(例如降低增益)既提升了探测上限,也提升了探测下限,其往往不能提升动态范围。由于MCP的探测下限与增益息息相关(参见上节),所以当希望MCP具有较大线性范围的时候,一般主要考虑如何在不影响增益的情况下提升探测上限。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/1e506fee-e7e1-455f-bae2-b0f2f2cd0160.jpg[/img][/align][align=center]图10. MCP探测上限与探测下限的参数解析[/align]MCP探测上限相关的主要参数称为最大线性输出电流(MaximumLinear Current),其绝对数值一般为3-5uA。当MCP的输出电子变多时,MCP内壁会因为大量的二次电子发射而带电,这会影响电场分布削弱接下来的倍增过程。MCP内壁所带的电荷会被带电流(strip current,参考图1-C)所中和。但是由于MCP较高的等效内阻(一般在100-1000MΩ),带电流通常会比较小,这就导致倍增电子过多时,在微通道壁上残余的电荷不能及时被中和,影响MCP内的电场分布并最终导致增益下降——此时MCP对于信号离子的响应也就不再是线性的了。由于MCP的最大线性输出电流与带电流的大小相关,所以最大线性输出电流有时会标注为带电流的百分比,如“7% of strip current”。以上述原理为基础,为了增加最大线性输出电流,得到更大的线性范围,第一个策略是采用较低等效内阻(如滨松F6584所采用的2-30MΩ)的MCP;同样的电压下,更低的电阻可以得到更大的带电流(strip current),从而提升最大线性输出以及线性范围(如图11)。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/eb17c51c-d53b-4767-8bfb-b9fdca656fb4.jpg[/img][/align][align=center]图11. 低电阻MCP所具有的大线性范围和高最大线性输出[/align]此外,滨松还提供了第二条策略,将一片MCP和一片雪崩二极管(Avalanche Diode)联用(“MCP+AD”模块),从而得到较高的线性范围和最大线性输出。在这种组合下,整个模块的增益依然有10[sup]6[/sup]左右,与两片MCP联用的增益类似——即探测下限不差。但是在MCP部分的增益只有1000-10000,相比两片MCP联用的10[sup]6[/sup]是小了2-3个数量级的,这意味着倍增电子也很少,在达到MCP的最大线性输出电流前能够接受更多的待测粒子——即探测上限很高。所以“MCP+AD”模块能够得到远超传统MCP模块的线性范围和探测上限。从参数上看,MCP+AD模块的最大线性输出电流高达230uA,远高于MCP的3-5uA。同时,由于MCP+AD模块中MCP部分的倍增电子会少于两片MCP联用的情况,整个模块的寿命也得到了延长。[align=center][img=,400,354]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/1beaeaaf-eeb9-4158-af3a-b9fd39e30ba3.jpg[/img][/align][align=center]图12. 滨松MCP+AD模块示意[/align]综上所述,如果希望MCP的探测系统具有较大的线性范围,主要可以考虑:1)选用电阻较低的型号,如滨松F6584;2)选用MCP+AD模块产品。响应速度当一个待测粒子轰击出二次电子,并反复倍增的过程中,每一个倍增电子的飞行路径是不完全相同的,所以电子到达阳极的时间(以单阳极读出的MCP模块为例)有先有后,这使信号具有一定的峰宽。随着总飞行距离的增长,各倍增电子间的飞行距离也会差别越来越大,如采用单阳极读出的MCP模块时,就能很明显地看到信号峰变宽,信号的上升时间变长。但总的来说,MCP的响应速度是很快的,上升时间通常在0.3-1.5ns。而另一类粒子探测器——电子倍增器的上升时间通常为1-5ns。MCP的响应速度主要与微通道的长度有关,长度越长,电子在其中的飞行距离越远,信号的上升时间就越长。由于MCP的增益不单取决于微通道的长度,而是取决于纵横比(等于微通道的长度/直径),所以提升响应速度的第一条策略是让MCP微通道的长度和直径等比例缩小,这样既可以增加响应速度,同时也不减弱增益(如滨松F4655-13)。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/270ccbcc-ae81-4a7d-8920-4f3750c4f777.jpg[/img][/align][align=center]图13. 增加MCP响应速度的策略[/align][align=center]等比例缩小MCP微通道的长度和直径[/align]除了MCP微通道长度,倍增电子从MCP出口飞向阳极或荧光屏也是分布在一定角度之内的。垂直飞向阳极的电子和以一定角度飞向阳极的电子,其到达阳极的时间也不一样,所以提升响应速度的第二条策略是在MCP出口和阳极之间加入额外的网状电极,对倍增电子的飞行路径进行校正,使其飞行距离更为相近。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/7eed9e72-3109-4e4b-8fa2-6b776f2aa42f.jpg[/img][/align][align=center]图14. 增加MCP响应速度的策略[/align][align=center]校正倍增电子的飞行路径[/align]空间分辨率当MCP和荧光屏联用的时候,空间分辨率也是一个非常重要的参数。单片MCP与荧光屏联用时分辨率能达到40-50um;两片MCP叠用时分辨率一般能够做到80-100um。用两级MCP会比用一级MCP的分辨率下降,因为:(1)从第一级MCP中的一个微通道出来的电子可能会进入第二级MCP的几个通道中;(2)两级MCP输出的倍增电子会更多,电子之间互斥会导致出射角度变大,降低分辨率(如图15)。为了增加空间分辨率,可以考虑:1)缩短MCP和荧光屏之间的距离,虽然电子之间互斥会导致微通道中的电子出射角度变大,但缩短距离可以削弱其对于空间分辨率的影响;2)增加MCP和荧光屏间的加速电压。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/88a2e349-ba2d-4b57-9d0e-64450400abaa.jpg[/img][/align][align=center]图15. MCP与荧光屏联用时的空间分辨率影响因素[/align]寿命和使用环境MCP的寿命和从MCP中总的出射的电子数量是相关的,所以MCP的寿命用电量表示。一般MCP的寿命在10C(库伦)或以上。作为对比,同为粒子探测器的电子倍增器其寿命仅为0.3C(总电荷数量)。此外,在同一电压下,MCP的增益会随着使用而下降,所以在信号不太弱的时候,滨松建议对于一片新的MCP可以将电压调得比参数表上的电压更低一些,这样从MCP出射的倍增电子不会那么多,有利于延长MCP的寿命。而且随着使用,可以通过逐渐增加MCP上的电压,以维持稳定的增益。在MCP的使用环境上,一般需要关注以下两个参数:# 磁场MCP对磁场的敏感程度不及PMT和电子倍增器。但磁场对MCP也是有影响的,尤其是与微通道垂直的磁场。如果MCP一定要在磁场环境中使用,尽量让磁场与微通道的长轴平行。选择合适的MCP以及合适的方位,能让MCP在2T的磁场下正常工作。# 真空度普通的MCP对真空度有着较高的要求,需要工作在1.3x10[sup]-4[/sup]Pa以下。在低真空度(即气压较高时)下,较多的气体分子会被轰击成正离子,不仅会以离子反馈的原理导致高噪声(如图7),这些额外的倍增电子(实际上是噪声)也将降低MCP的寿命。但对于一些特别的应用,真空度无法维持在很高的状态。针对这种情况,滨松也特别开发了能够工作在1Pa真空度下的MCP模块(Gen3 三级结构MCP),新品即将推出。[color=#c00000]MCP的选型参考[/color]包括MCP在内,滨松有多种粒子探测器。相对而言,MCP具有以下优势:1)MCP的探测面积较大,一般从10mm到100mm不等,其中包含了数以百万计的微通道;2)一个微通道的寿命中止并不影响整体的使用,所以MCP的寿命大大优于EM和CEM(反映为积累电荷寿命较大);3)由于MCP中微通道的长度比较短,电子在其中的飞行距离较短,所以MCP的时间响应比EM和CEM要更快一些。(反映为上升时间较短)。不过,MCP也有自己的短板,如较窄的动态范围(反应为最大输出电流)。这可以理解为MCP中打拿级之间的电势差较小,到增益的最后,已经无力驱动太多电子,导致最大输出电流具有较低的天花板。为了解决这个问题,滨松研发了MCP+AD模块(可以参见上文的介绍)。此外,针对真空度要求较高的特征,滨松即将推出的Gen3 三级结构MCP也将很大程度解决这个问题。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/f12d6714-ed55-4fcd-8ef0-7e7dfdd7a633.jpg[/img][/align][align=center]表2.各类粒子探测器的对比[/align][b][b][/b][/b]
最近单位采购,一直纠结于某款热场电镜和冷场电镜。热场电镜的景深十分出色,但分辨率较为一般,除二次电子探测器(低位和高位)外,还配了单独的背散射电子探测器、主流能谱仪、五轴马达台、红外CCD相机。。。冷场电镜的景深也不错,分辨率十分出色,出二次电子探测器外,背散射电子的探测功能通过高位探测器改变偏压实现,不是那么主流的能谱仪、三轴马达台。。。价格估计两家都做得蛮拼的。各位前辈有没有什么建议?
化学发光免疫分析仪是极微弱光探测应用的典型设备,光子计数探头是化学发光免疫分析仪产品中主要的探测器类型。本文列举了一些化学发光免疫分析仪中与探测器相关的常见问题,并以滨松光子计数探测器为例进行了详细解析。[b][color=#cc0000]PMT在使用中有什么需要注意的安全问题?[/color][/b]1. 高压问题光子计数探头内部有1000V左右的高压,滨松公司已经做了良好的屏蔽,所以在正常使用情况下,不会有高压电击的问题,不建议可以进行探头拆解,如果拆解使用谨防高压损伤。2. 曝光损坏问题光子计数探头核心是光电倍增管,光电倍增管受到强光照射以后,会发生光敏效应,造成光子计数探头一段时间内的暗计数上升,一般在不通电的情况下,这种暗计数上升是可恢复的,需要在暗环境下静置一段时间,为加快这种恢复,可以加电在环境下静置。但是如果是带电见强光的话,可能会对PMT造成不可恢复的损坏。带电见强光是造成光子计数探头损坏的主要原因,对于这种损失我们也叫曝光损坏。3. 光窗挤压问题光子计数探头的光窗就是PMT的窗口,都是属于玻璃易碎产品,不允许大力挤压,其中有部分光子计数探头的光窗和外壳基本上在一个平面上,安装过程中要特别注意避免对光窗的挤压。[b][color=#cc0000]都说PMT对光很敏感,有可能被强光打坏,那么如何判断什么样的光对于PMT是会造成损伤的“强光”?[/color][/b]1. 对于没有通电的PMT,如果被夏天中午的太阳直射,就会造成永久损伤——所以说,只要环境光显著地弱于夏天中午的太阳直射(如日常的室内环境),是不会对没有通电的PMT造成永久损伤的。2. 对于已经通电的PMT,如果被满月的月光直射,就能使其输出饱和——所以说,强于满月月光直射的环境光对于已经通电的PMT是需要避免的。 需要强调的是,以上提到的都是会对PMT造成损伤的光强;为了在使用中得到高信噪比,PMT需要非常严格的避光,具体要求可以参考以下“测试中发现背景高/信噪比不好,从PMT的角度,有可能有哪些原因?”的问题解析。[b][color=#cc0000]测试中发现背景高/信噪比不好,从PMT的角度,有可能有哪些原因?[/color][/b]1. 漏光影响暗计数是光子计数探头的主要参数,影响暗计数因素主要有温度、漏光等因素,大部分在应用中遇到的暗计数高、本底高的问题,都是由于漏光引起的,PMT是非常灵敏的探测器,对于单光子信号就有非常好的响应,我们通常会收到客户的说法,例如:“在晚上我把灯关掉,还是暗计数很高呀;”“我没有拆开给你们提供的窗口纸呀;”“光窗我是用黑胶带贴上的”。类似这样的避光是远远不够的,远远没有达到光子计数探头要求的工作环境,光子计数探头要求的绝对暗室,不允许有任何的光线透过,所以在光子计数探头使用过程中完全避光应该是最基本的要求。如果仅仅是评价暗计数测试时候建议用黑布进行多层的包裹,并且上电稳定半小时以后进行暗计数评价。2. 温度对暗计数的影响另外一个影响暗计数的因素就是温度,工作温度升高热电子发射加剧,暗计数上升,温度降低,暗计数下降,对于化学发光免疫分析中使用的光子计数探头,一般情况温度下降到10℃以下,暗计数就变化很小了。下图为滨松H10682典型的暗计数和温度的关系图请参考。[align=center][img=,364,403]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211113230530_6115_2194_3.png!w364x403.jpg[/img][/align]3. 暗计数对化学发光免疫分析仪的影响暗计数特性和仪器的检测下限有关系,常温下(25℃)光子计数探头的暗计数都在150cps以内,而化学发光试剂发光要远强于这个数值,所以在常规的试剂体系和设备中暗计数都不会对测试造成太大影响。全自动化学发光设备中由于有温浴系统,温度一般会高于25℃,暗计数会有所上升,对于大部分的设备中都影响不大,不过在设备设计过程中要充分考虑到充分散热,尽量使得光子计数探头安装到远离热源的地方,并且做好通风散热。[b][color=#cc0000]滨松的光子计数探头的输出线性如何?如果我的化学发光仪需要更大的线性范围有没有什么方案?[/color][/b]动态范围是化学发光免疫分析仪的关注的一个重要参数,也是光子计数探头的重要参数。1. 光子计数探头线性光子计数探头的动态范围受到光电倍增管、放大电路等因素的影响,考虑到成本、功耗,一般情况下滨松的光子计数探头设计最大输出线性为5Mcps或者6Mcps,这样的线性范围完全可以满足化学发光免疫分析仪的使用。下图是滨松H10682典型是线性曲线。[align=center][img=,416,319]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211119139310_5058_2194_3.png!w416x319.jpg[/img][/align][align=center]H10682线性输出曲线[/align][align=left]2. 线性校正 [/align][align=left]一般情况下光子计数探头最大线性输出5-6Mcps就可以满足客户的使用,但是有个别客户提出在特殊的试剂下,需要更高的线性输出上限,一般情况下遇到这种情况下有两种处理方法:[/align][align=left]1)对试剂进行稀释,稀释以后进行测试,可以有效的降低光产额;[/align][align=left]2)对光子计数探头的输出进行线性校正,就像我们上面提到的滨松CH326配合CH297-011,在输出线性校正前,最大输出线性为6Mcps如果使用滨松CH297-011内嵌的线性校正功能最大线性输出可以达到20M,当然H10682配合CH297-011也可以实现这个功能。下图是线性校正前后滨松H10682的最大输出:[/align][align=center][img=,420,319]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211114478710_507_2194_3.png!w420x319.jpg[/img][/align][align=center]线性校正前后滨松H10682的最大输出特性曲线特性曲线[/align][align=left]另外我们也提供线性输出校正公式供用户参考,参考公式如下:[/align][align=center][img=,521,257]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211120378522_8346_2194_3.jpg!w521x257.jpg[/img][/align][align=center]N:真实计数(cps,count per second) M:测量计数(cps,count per second) t:脉冲分布率(s)[/align][align=left][/align][align=left][b][color=#cc0000]化学发光仪中PMT的安装有什么讲究?[/color][/b][/align][align=left]1. 距离 [/align][align=left]安装距离是一个用户问的比较多的问题,安装距离主要会影响PMT的探测率,例如图5所示同样面积的探测器距离点光源越远,如果不加其他光学系统的情况下,探测效率越低,而在化学发光免疫分析仪中,一般情况是直接探测,不加其他的光学系统,所以我们建议是靠近样品池,这样会保证比较好的光耦合效果。如果是安装空间有限制,可以考虑使用光纤,但是使用光纤会带来耦合效率的降低,不是特别推荐。[/align][align=center][img=,546,533]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211122145829_9433_2194_3.jpg!w546x533.jpg[/img][/align][align=center]安装距离对探测效率影响示意图[/align][align=left]2. 探测窗口大小 [/align][align=left]在全自动化学发光免疫分析仪中,大部分采用直径为1cm左右的圆形的试管,也有其他的异形的试管,当然还有使用微孔板的反应器。在化学发光免疫分析仪中使用的典型产品滨松H10682光窗尺寸为φ8,CH326光窗尺寸为φ25,一般情况下,建议用户使用PMT80%的有效面积,这样在光子计数中的能够保证比较好的稳定性和一致性,φ8mm接近试管尺寸,建议使用光窗小于φ8mm,这样可以避免由于试管和PMT的对齐问题,造成的台间差。如果使用φ25mm的产品,就不用考虑对齐问题,也可以保证探测率。 [/align][align=left]3. 窗材 [/align][align=left]一般在应用反应皿(试管)和光子计数探头窗口之间不需要加任何的隔离窗口材料,但是有些用户考虑到隔离、污染、腐蚀等因素,希望在窗口和光子计数探头进行隔离,如果有这种需求,我们建议使用石英玻璃作为窗材,并且要求窗口和光子计数探头窗口之间保持3mm以上的距离。 [/align][align=left]4. 光子计数探头接地 [/align][align=left]光子计数探头要安装到一个暗室系统中,大部分用户会用金属材质进行暗室系统的设计,利用探头提供的固定位进行探头固定。一般情况下,在化学发光分析仪设计中整个机架都要进行接地处理,暗室也和大地相连。由于探头的外壳和内部电路地相连,下如果探头外壳再和大地相连的话,可能会带来干扰,所以在探头安装时候,我们建议探头外壳不要和大地连接,采用绝缘连接,或者暗盒系统采用聚四氟乙烯的外壳。[/align][align=left][/align][align=left][b][color=#cc0000]从探测器的角度,如何校正同一型号化学发光仪的台间差?[/color][/b][/align][align=left]台间差是设备品控的重要指标,设备台间差和设备的各个部件的台间差是相关的,光子计数探头作为化学发光免疫分析仪的重要部件,它的输出差异也会对设备的台间差造成影响,怎么去减小或者消除这种差异是用户经常遇到的问题。 [/align][align=left]1. 软件校正 [/align][align=left]光子计数探头是目前来说测试极微弱光能力最强的探测器,是目前化学发光免疫分析中唯一的探测器选择,正常工作环境下探头灵敏度完全可以满足设备探测器下限信噪比的需求,对于同一个探测器,输出的结果能够反应被探测光的强度和变化,一般情况下这种变化是线性的,所以说对于一个探测器来说只要满足探测信噪比,满足输出线性,输出不受采集设备的现在,输出的绝对值大小就变的没有意义了。 在这个前提下,我们建议用户用标准试剂对每台设备进行一致性标定,在光子计数探头的输出基础上进行系数的校正,在线性范围内只需要一个系数校正即可,如果是在非线性区,需要根据实际输出情况进行校正。[/align][align=center][img=,600,386]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211126257756_6569_2194_3.jpg!w690x444.jpg[/img][/align][align=center]标准试剂校正 [/align][align=left]2. 光子计数探头出厂控制 [/align][align=left]虽然我们上面介绍了光子计数探头的只要满足信噪比情况下,台间差可以通过软件进行修正,不过也有用户希望在探头上做挑选控制,北京滨松根据用户要求,出厂前对光子计数探头例如滨松CH326进行灵敏度挑选,在内部测试条件下,可以将灵敏度离散型控制在±10%以内。[/align][align=left][/align][align=left][b][color=#cc0000]在实际使用中,PMT探头有寿命问题么?其灵敏度还会受什么因素影响?[/color][/b][/align][align=left]1. 寿命问题 [/align][align=left]光电倍增管的寿命只与输出的总电荷数有关,我们定义光子计数探头灵敏度下降50%的时间为光子计数探头的寿命。光子计数法是光电倍增管用于极微弱光探测的一种方法,相比于常规的模拟法应用,一般情况下光子计数探头平均输出电流要小很多,所以说光子计数法寿命非常长,可以达到几十万小时,在正常的工作状态下化学发光免疫分析仪设备,不需要太多考虑光子计数探头的寿命问题。 [/align][align=left]2. 温度对灵敏度影响 [/align][align=left]光电倍增的灵敏度受温度的影响,在可见光波段温度升高,光电倍增管灵敏度下降,光子计数探头也继承了光电倍增管的特性,下图所示 滨松H11123温度灵敏度变化曲线,可以看到每升高10℃灵敏度会下降2-3%。[/align][align=center][img=,690,344]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211130122400_5469_2194_3.jpg!w690x344.jpg[/img][/align][align=center]光电倍增管灵敏度随工作温度变化曲线[/align][align=left][color=#cc0000][/color][/align][align=left][b][color=#cc0000]在化学发光仪的设计中,如何减小电磁干扰对光子计数探头的影响?[/color][/b][/align][align=left]EMC特性是医疗设备必须考虑的问题,不仅仅是安全的问题,更重要的EMC对于设备稳定性的影响。滨松光子计数探头充分考虑到EMC特性的,虽然目前还没有针对光电倍增管或者光子计数探头的EMC标准,不过滨松在光子计数探头的设计和开发过程中有严格的内控指标和测试。对于光子计数探头的EMC特性主要体现下电磁干扰对光子计数探头输出稳定上的影响。 [/align][align=left]1. 磁场对光子计数探头输出的影响 [/align][align=left]光电倍增管有空间电子运动,所以在磁场作用下,电子轨迹会发生改变,影响光电倍增管的输出特性,并且不同方向的磁场影响的大小也是不同的,同样光子计数探头输出也会收到磁场影响,下图是滨松H10682输出受磁场影响的典型曲线。在全自动化学发光免疫分析仪中有大量的电磁阀和蠕动泵,这些器件在工作的时候都会产生磁场,这种磁场是光子计数探头干扰磁场的主要来源。滨松的在设计光子计数探头时候已经做了部分的磁屏蔽措施,如果用户在另外增加磁屏蔽处理起到的作用也有限,所以我们建议客户不再进行额外的屏蔽处理。距离降低磁场影响非常有效的手段,我们建议用户要尽量把探测器原理磁场干扰源,一般要求在10cm以上。[/align][align=center][img=,690,482]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211132565670_8776_2194_3.jpg!w690x482.jpg[/img][/align][align=center]H10682受磁场影响输出曲线[/align][align=left]2. 信号干扰 [/align][align=left]磁场会对输出信号造成影响,但是在化学反光免疫仪设计中并不是最棘手的问题,信号输出不稳定、波动、跳点才是最难处理的,并且一般在遇到类似问题的时候很难找到问题所在。对于信号干扰的问题,我们建议用于在设备设计之初就要进行考虑。一般要注意以下几个方面: [/align][align=left]a) 电源选择,我们建议用户选择正规的有EMC认证的电源给光子计数探头进行供电; [/align][align=left]b) 运动控制、探测电路、线路隔离; [/align][align=left]c) 光子计数探头外壳与机壳隔离; [/align][align=left]d) 信号输出线排布不横穿、横跨电磁干扰源; [/align][align=left]e) 做好整体机壳的屏蔽、接地,防止周围大功率用电器干扰。[/align][align=left][/align][align=left][b][color=#cc0000]滨松有没有针对探测器评价用的稳定光源产品?[/color][/b][/align][align=left]用户一直希望有一个稳定的光源产品能够用于探测器的评价以及设备的标定,基于需求滨松开发了稳定光源产品,一个是试管状、一个是试剂卡状,型号分别为L11416和L11494,图9是产品的基本信息,具体的产品技术信息可以参考滨松的产品样本。[/align][align=left]在这里想说明,稳定光源产品仅仅是一个能够实现稳定输出的光源,由于内部使用LED作为发光器件,所以光谱是一种窄线光谱,与化学发光试剂发光的光谱不是完全相同,所以一般不用于设备一致性的标定。我们定位这个产品主要是评价探测器的输出稳定性、评价设备的输出稳定性,用户可以根据自身的需求,进行产品的选择购买。[/align][align=left][/align][align=center][img=,690,499]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/08/201808211137111824_6299_2194_3.png!w690x499.jpg[/img][/align]
[b][color=#d40a00][size=4] 端窗式光电倍增管(CPM),是一种新型超高灵敏的光探测器,它的阳极灵敏度比通用的光电倍增管PMT提高一个量级,达到10E7A/W,暗电流降低两个数量级,噪声电平长时间极端稳定。极低的暗电流导致比传统PMT更高的动态范围,而且扩展了探测应用范围,能够替代传统的光电倍增管(PMT)以及雪崩管(APD),用于需要高性能的场合。CPM能应用在模拟-直流模式,单光子计数模式,和核谱学(当连接到发光材料,象BGO、LSO、Nal等)。PerkinElmer提供窗口材料和光电阴极的选择,响应光谱覆盖115nm(UV范围)-900nm(NIR范围)。这种新的探测器具备的超高的增益和超高的动态范围,极低的暗电流,快速的响应以及紧凑的结构设计的优势特点,扩展了分析仪器的应用范围,例如辐射光谱学、荧光探测、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱[/color][/url]、生物发光以及化学发光研究。同时CPM也为生命科学、工业和医疗仪器、高能物理,提供重要的研究手段。 CPM工作原理:类似于传统的光电倍增管(PMT),通过安装在端窗式光窗口内表面的一个半透明的光电阴极,接收非常微弱的入射光,把低电平的光转换成光电子。然后光电子从阴极到阳极,穿过一个窄的半导体通道,光电子每次撞击弯曲通道的内表面时,产生类似于光电倍增管的雪崩效应,发射出倍增的二次电子。这个效应沿着整个倍增通道,发生许多次,导致雪崩效应,增益达到10E8。弯曲的玻璃管形状加强了倍增效应。[/size][/color][/b]
鲁滨逊背散射探测器是什么原理?和传统的半导体固体探测器有什么不同?和闪烁体材质的环形背散射探测器有什么不同?
现如今什么都讲究个专业,连拾荒这种看似纯体力活也得靠技术。现在废金属越来越不好找了,加上废铁废铜价格一直不错,拾荒队伍也日益庞大,竞争越来越激烈。来自山东郯城的拾荒人孟某花了一千多元钱购置了一只金属探测器,使得他近日的经济效益大增。据孟某引见,废金属越来越不好找了,他便学着同行的样子从外地购置了这种“先进仪器”。曾经运用了20多天,“产量”翻了好几倍,共拾取了500多公斤废金属。他还透露,这种仪器在青岛曾经有七八台了。 在长沙,遇到枯水期的湘江里也吸引了许多装备精良的来寻宝。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/12/201012231553_269346_2194003_3.jpg 据说,这种探测器全长约1.5米,操作时按下按钮,一旦发现有金属,指针就会转动,探测器就会发出“嘟嘟”的蜂鸣声,金属的体积越大,蜂鸣声也就越大。据拾荒者引见,除了这种小型的,还有一种大的,探测的深度到达3米。探测器对铁、铝、铜等金属很敏感,半个香烟盒大小的金属埋在地下也能探测出来。
近日,合肥工业大学微电子学院先进半导体器件与光电集成实验室的王莉副教授和罗林保教授,成功研发出一种基于单p-型硅肖特基结的超灵敏近红外窄带光电探测器。相关成果以“Ultra-Sensitive Narrow-Band P-Si Schottky Photodetector with Good Wavelength Selectivity and Low Driving Voltage”为题于2023年12月31日作为封面文章在线发表在半导体器件领域的著名杂志IEEE Electron Device Letters上。[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/cc67e4be-797c-42f2-9634-7a88f1e60e05.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图1. IEEE Electron Device Letters 2024年第一期封面[/color][/align]窄带光电探测器由于仅对目标波长敏感,可以有效抑制背景噪声光的干扰,因此在机器视觉、特定波段成像、光学通信和生物材料识别等领域均具有重要的应用价值。但现有的加装滤波片、电荷收集变窄或热电子效应等窄带探测机制普遍存在着量子效率低的问题。为了提高窄带探测的灵敏度,研究人员通过将电荷陷阱引入有源层进行界面隧穿注入,或者利用场增强激子电离过程来实现器件内的光电倍增效应。但这些机制往往需要几十伏较高的电压才能激发启动,导致窄带探测器的性能易退化和工作能耗高。该研究团队在深入分析了上述问题的基础上,提出并实现了一种可在低驱动电压下工作的高灵敏窄带光电探测器。通过采用双层结构肖特基电极以及增大光生电子和空穴之间的渡越时间差,在保证高波长选择性的前提下实现了器件光电转化效率的大幅提高。该探测器仅在1050nm附近有探测峰,对紫外及可见光几乎无响应。在零偏压下器件的比探测率达~4.14×1012Jones,线性动态范围约为128 dB。当工作偏压由0 V增加到- 3 V时,器件外部量子效率可以从96.2 %显著提升到6939%,同时探测峰半高宽保持在约74 nm不变。这一成果为实现可在低驱动电压下工作的超高灵敏窄带光电探测器提供了新思路,有望在光电子领域得到广泛应用。[align=center][img=,600,467]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/e9fc9b0e-1bba-4b78-a048-f15b14bb3a2a.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图2. (a)器件内光强分布模拟结果,零偏压下(b)器件在不同波长光照下的电流-电压曲线,[/color][/align][align=center][color=#0070c0](c)线性动态范围,(d)不同偏压下器件的外部量子效率随波长变化曲线。[/color][/align]上述工作得到国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项等项目的资助。[b]论文链接:[/b][url=https://ieeexplore.ieee.org/document/10312826]https://ieeexplore.ieee.org/[/url][url=https://ieeexplore.ieee.org/document/10312826]d[/url][url=https://ieeexplore.ieee.org/document/10312826]ocument/10312826[/url][来源:合肥工业大学微电子学院 ][align=right][/align]
我们做化学发光的仪器检测部分都是用光电倍增管来检测我们化学反应所发出的微弱的光信号,我在这里给大家介绍一下光电倍增管的一些参数,仅供大家参考。介绍 今天我们使用的光电器件中,光电倍增管(PMT)是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示,在真空管中,包括光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极(阳极)的器件。 当光照射光阴极,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。 因为采用了二次发射倍增系统,光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141722_26797_1636364_3.jpg[/img]下面将讲解光电倍增管结构的主要特点和基本使用特性。 结构 一般,端窗型(Head-on)和侧窗型(Side-on)结构的光电倍增管都有一个光阴极。侧窗型的光电倍增管,从玻璃壳的侧面接收入射光,而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下,侧窗型光电倍增管价格较便宜,并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极(反射式光阴极)和环形聚焦型电子倍增极结构,这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型(也称作顶窗型)光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极(透过式光阴极),使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。 端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的,可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141724_26798_1636364_3.jpg[/img]电子倍增系统 光电倍增管的优异的灵敏度(高电流放大和高信噪比)得益于基于多个排列的二次电子发射系统的使用,它使电子低噪声的条件下得到倍增。电子倍增系统包括从8至19极的被叫做打拿极或倍增极的电极。 现在使用的电子倍增系统主要有以下几类:1) 环形聚焦型 环形聚焦型结构主要应用于侧窗型光电倍增管。其主要特点为紧凑的结构和快速时间响应特性。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141725_26799_1636364_3.jpg[/img]2) 盒栅型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141726_26800_1636364_3.jpg[/img]这种结构包括了一系列的四分之一圆柱形的倍增极,并因其相对简单的倍增极结构和一致性的改良而被广泛地应用于端窗型光电倍增管,但在一些应用中,其时间响应可能略显缓慢。 3) 直线聚焦型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141727_26801_1636364_3.jpg[/img]直线聚焦型因其极快的时间响应而被广泛地应用于要求时间分辨和线性脉冲研究用的端窗型光电倍增管中。 4) 百叶窗型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141728_26802_1636364_3.jpg[/img]百叶窗型结构因倍增极可以较大而被用于大阴极的光电倍增管中,其一致性较好,可以有大的脉冲输出电流。这种结构多用于不太要求时间响应的场合。 5) 细网型 细网型结构拥有封闭的精密组合的网状倍增极,而使其具有极强的抗磁性、一致性和脉冲线性输出特性。另外,当使用交叠阳极或多阳极结构输出情况下,还具有位置灵敏特性。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141729_26803_1636364_3.jpg[/img]6) 微通道板(MCP)型[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141729_26804_1636364_3.jpg[/img]MCP是上百万的微小玻璃管(通道)彼此平行地集成为薄形盘片状而形成。每个通道都是一个独立的电子倍增器。MCP比任何分离电极倍增极结构具有超快的时间响应,并且当采用多阳极输出结构时,在磁场中仍具有良好的一致性和二维探测能力。 7) 金属通道型 金属通道型拥有滨松公司独有的机械加工技术创造的紧凑阳极结构,各个倍增极之间狭窄的通道空间,使其比任何常规结构的光电倍增管可以达到更快的时间响应速度。并可适用于位置灵敏探测。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/09/200609141730_26805_1636364_3.jpg[/img]此外,上述结构中两种结构相混合也是可能的。混合的倍增极可以发挥各自的优势。
正比计数器proportional counter 用气体作为工作物质,输出脉冲幅度与初始电离有正比关系的粒子探测器,可以用来计数单个粒子,并根据输出信号的脉冲高度来确定入射辐射的能量。这种探测器的结构大多采用圆柱形,中心是阳极细丝,圆柱筒外壳是阴极,工作气体一般是隋性气体和少量负电性气体的混合物。入射粒子与筒内气体原子碰撞使原子电离,产生电子和正离子。在电场作用下,电子向中心阳极丝运动,正离子以比电子慢得多的速度向阴极漂移。电子在阳极丝附近受强电场作用加速获得能量可使原子再电离。从阳极丝引出的输出脉冲幅度较大,且与初始电离成正比。正比计数器具有较好的能量分辨率和能量线性响应,探测效率高,寿命长,广泛应用于核物理和粒子物理实验。 1-50keV的X射线经常用正比计数器进行探测。要求是具有较薄的入射窗口,以获得较低的低能端探测下限,较大的观测面积,以及良好的气密性。常用的是铍窗正比计数器。当代X射线探测器多采用正比计数器阵列和装有多根阳极丝和阴极丝的多丝正比室,以获得更大的有效观测面积。 近年来制作的气体闪烁正比计数器,能量分辨率比一般气态正比计数器约高一倍。为了观测较弱的X射线源,需要高灵敏度的探测器,为此制作了大面积窗口正比计数器,如小型天文卫星-A携带的窗口面积为840厘米的铍窗正比计数器,采用的是正比计数器组合的方法。此外,确定X射线源的位置需要有高分辨率的探测器;而为了制造这种探测器,就相应地需要制作对测定位置灵敏度高的正比计数器。
探测器分辨率变差,谱峰的宽度比正常时多出差不多1倍。给探测器的供电不足,电路中的静电影响,高压光管的干扰,探测器内部等问题均会造成这样的现象。(Si-pin探测器)希望哪位大虾能从原理和现象原因上指导下[em0808][em0808]
中国心 请教各位大虾们,XRD使用的探测器(计数器)一般是什么?工作原理是怎样的?我现在使用的是美国热电的ARL9800XP型荧光衍射仪,它的探测器好象是叫Kr探测器,具体的资料我没有,想多了解点相关内容,希望大家给点建设性的意见和建议,谢谢
中国科技网讯 据物理学家组织网5月16日(北京时间)报道,西班牙塞西斯光学技术研究所用石墨烯结合量子点成功研发出一种混合型光电探测器,灵敏度是其同类探测器的10亿倍。研究人员指出,该研究预示了石墨烯在光学传感器和太阳能电池领域的新应用。相关论文发表在最新一期《自然·纳米技术》上。 石墨烯在光电子学和光电探测应用领域极有潜力,具有光谱带宽广、响应迅速的优点,但缺点是光吸收能力弱,缺乏产生多倍载荷子的增益机制。目前的石墨烯光电探测器响应度(一定波长的光在入射功率作用下的输出电流)在0.01A/W以下。 研究人员解释说,所需要的是一种迫使更多光被吸收的方法,石墨烯吸收光的效率仅为3%。为了提高光吸收率,他们转向了量子点。量子点是一种纳米晶体,能根据自身大小吸收不同波长的光。从本质上讲,光电探测器是一种把少量光转化为微小电流的设备,通过检测电流来确定有多少光进入了设备,或者直接用该电流产生其他反应,比如辅助产生摄影图像。 为了制造光电探测器,研究小组首先用标准的胶带法剥离出一层石墨烯作底片,用纳米印刷术在上面印上微小的黄金电极,然后用喷雾瓶将硫化铅晶体喷在上面。这些胶状晶体包含了各种大小的颗粒,几乎能吸收所有波长的光。他们用不同波长的光来照射探测器,检测其电阻和电量。 在制造量子点时,要保证在量子点和石墨烯之间实现配位体交换最大化,最大困难是找到合适的材料组合。研究人员说,他们经多次试验,终于使内量子效率达到了25%。在探测器中,量子点层中的光强烈而且可调,生成的电荷传导到石墨烯,在此电流多次巡回,响应度达到了107A/W。 研究人员还指出,在这种光电探测器基础上,还能造出更多新设备,如数字摄像机、夜视镜以及其他多种传感器设备。(记者 常丽君) 总编辑圈点 石墨烯极高的导电性着实令科学家着迷,也因此激发了科学家利用石墨烯来设计超高速光电探测器。传统的硅基光电探测器不能折叠,也不便宜,而且不够灵敏。多年来,一种便宜、可折叠的光电探测器一直是科学家们的梦想。单层石墨烯似乎可以胜任。然而单层石墨烯吸收光子的能力比硅还差,仅有3%的光子被吸收。而当量子点附着在其表面时,其吸收光子的能力可神奇地提高到50%。这样一来,可以穿在身上的电子产品或许真的不再是梦了。 《科技日报》(2012-05-17 一版)
[color=#333333]全二维面探测器残余应力仪与传统一维点,线探测器残余应力仪比较区别:[/color][color=#333333](1)传统一维点,线探测器残余应力仪——sin2Ψ 1)通过测量应力引起的衍射角偏移,从而算出应力大小。测量时需要多次(一般5-7次)变X射线的入射角,并且调整一维探测器的位置找到相应入射角的衍射角 2)施加应力后,通过测角仪得到衍射角发生变化的角度,从而计算得到应力数据(2)圆形全二维面探测器残余应力仪——基于cosα方法 1)单角度一次入射后,利用二维探测器获得完整德拜环。通过比较没有应力时的德拜环和有应力状态下的变形德拜环的差别来计算应力下晶面间距的变化以及对应的应力 2)施加应力后,分析单次入射前后德拜环的变化,即可获得全部残余应力信息 世界首款基于二维探测器和cosα分析方法的新一代X射线残余应力分析仪,将利用X射线研究残余应力的测量速度和精度推到了一个全新的高度,总体说来它比传统方法具有如下优点:1,圆形全二维面探测器残余应力仪优点: 更快: 二维探测器获取完整德拜环,单角度一次入射测量即可完成测量,全过程平均约90秒 更精确:一次测量最多可获得500个数据点,用于拟合计算应力。无应力铁粉残余应力测定的精度为±2MPa(欧美标准无应力铁粉残余应力测定的精度要求为正常±6.9MPa,最大±14MPa.) 更轻松:无需测角仪,单角度一次入射即可,复杂形状和狭窄空间的测量不再困难 更方便:测量精度高, 无需冷却水、野外工作无需外部供电 更强大:有区域应力分布测量成像(Mapping)功能,软件有晶粒大小、材料织构、残余奥氏体信息分析功能2,传统一维点,线探测器残余应力仪: 1,设备笨重,不适合检测比较大的工件或设备 2,需要测角仪,每次摄入,要多点d-sin2Ψ曝光模式,互相关法计算峰位移。增加仪器成本 3,需要水冷系统,冷却液温度过高或其它流动不畅通时机器不能工作,增加仪器使用成本。 4,操作复杂,必须专业长时间培训或有经验的人员才能操作。检测时间长,每次测量必须转角,人工误差大。 5,设备故障率高,不管是,测角仪,冷却系统或测角角度有一处故障,设备就不能正常工作。 6,价格昂贵,测角仪和冷却系统大大增加了设备成本,维修费用及高。[/color]
被动红外探测器:采用被动红外方式,已达到安保报警功能的探测器。被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)及报警控制器等部分组成。探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。一旦有人体红外线辐射进来,经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号,而发出警报。 被动红外探测器越来越多的被应用于安防领域,能够探测到当前区域内有没有移动的人等目标。 与其他红外探测器不同的时,被动红外探测器采取被动的方式,即自身不附加红外辐射光源,本身也不发射任何能量。目标在探测渔区内移动,会引起某一个立体防范空间内的热辐射的变化,而红外热辐射能量的变化能够灵敏的被被动红外探测器感应到,从而发出报警。 被动红外探测器一般由光学系统、红外传感器、报警控制器等构成。被动红外探测器安装好后,某一区域内的热辐射量量对于探测器来说基本上是不变的。尽管背景物体(如墙、家具等)也会散发出红外辐射能量,但由于能量很小不会触发报警。可当有人等移动目标进入该区域后,红外热辐射值会产生显著的变化。红外传感器的探测波长范围是8~14m,包括人体的红外辐射波长。探测器接收到这些信号后,将信号处理并送往报警控制器,最终触发报警,达到安防的目的。
[b][color=#ba4b01][size=4]光电倍增管 (PMT=photomultiplier tube)[/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]1 概述[/color][/b][/size][b][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管(PMT)是光子技术器件中的一个重要产品,它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。 [/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]2 光电倍增管的一般结构[/color][/b][/size][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/07/201007152210_230910_1841897_3.jpg[/img][b][color=#ba4b01][size=4] [/size][/color][/b][url=http://baike.baidu.com/image/bbe0d3111bda0f3bb9127bd9][b][color=#ba4b01][size=4][/size][/color][/b][/url][b][color=#ba4b01][size=4]光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极(阳极)等组成。典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。图1所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。其主要工作过程如下: [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 当光照射到光阴极时,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 因为采用了二次发射倍增系统,所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中,具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外,光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。 [/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]3 光电倍增管的类型[/color][/b][/size][b][color=#ba4b01][size=4] 3.1 按接收入射光方式分类 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管按其接收入射光的方式一般可分成端窗型(Head-on)和侧窗型(side-on)两大类。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 侧窗型光电倍增管(R系列)是从玻璃壳的侧面接收入射光,两端窗型光电倍增管(CR系列)则从玻璃壳的顶部接收射光。图2和图3分别是侧窗式光电倍增管和端窗式光电倍过管的外形图。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 在通常情况下,侧窗型光电倍增管(R系列)的单价比较便宜(一般数百元/只),在分光光度计、旋光仪和常规光度测定方面具有广泛的应用。大部分的侧窗型光电倍增管使用不透明光阴极(反射式光阴极)和环形聚焦型电子倍增极结构,这种结构能够使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 端窗型光电倍增管(CR系列)也称顶窗型光电倍增管。其价格一般在千元以上,它是在其入射窗的内表面上沉积了半透明的光阴极(透过式光阴极),这使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点是拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极,另外,现在还出现了针对高能物理实验用的可以广角度捕获入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 3.2 按电子倍增系统分类 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管之所以具有优异的灵敏度(高电流放大和高信噪比),主要得益于基于多个排列的二次电子发射系统的使用。它可使电子在低噪声条件下得到倍增。电子倍增系统,包括8~19极的叫做打拿极或倍增极的电极。 [/size][/color][/b][size=4][b][color=#ba4b01]4 使用特性[/color][/b][/size][b][color=#ba4b01][size=4] 4.1 光谱响应 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管由阴极收入射光子的能量并将其转换为光子,其转换效率(阴极灵敏度)随入射光的波长而变。这种光阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 一般情况下,光谱响应特性的长波段取决于光阴极材料,短波段则取决于入射窗材料。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管的阴极一般都采用具有低逸出功能的碱金属材料所形成的光电发射面。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管的窗材料通常由硼硅玻璃、透紫玻璃(UV玻璃)、合成石英玻璃和氟化镁(或镁氟化物)玻璃制成。硼硅玻璃窗材料可以透过近红外至300nm垢可见入射光,而其它3种玻璃材料则可用于对紫外区不可见光的探测。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 4.2 光照灵敏度 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 由于测量光电倍增管的光谱响应特性需要精密的测试系统和很长的时间,因此,要为用户提供每一支光电倍增管的光谱响应特性曲线是不现实的,所以,一般是为用户提供阴极和阳极的光照灵敏度。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 阴极光照灵敏度,是指使用钨灯产生的2856K色温光测试的每单位通量入射光产生的阴极光电子电流。阳极光照灵敏度是每单位阴极上的入射光能量产生的阳极输出电流(即经过二次发射极倍增的输出电流)。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 4.3 电流放大(增益) [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光阴极发射出来的光电子被电场加速后撞击到第一倍增极上将产生二次电子发射,以便产生多于光电子数目的电子流,这些二次发射的电子流又被加速撞击到下一个倍增极,以产生又一次的二次电子发射,连续地重复这一过程,直到最末倍增极的二次电子发射被阳极收集,这样就达到了电流放大的目的。这时光电倍增管阴极产生的很小的光电子电流即被放大成较大的阳极输出电流。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 一般的光电倍增管有9~12个倍增极。 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 4.4 阳极暗电流 [/size][/color][color=#ba4b01][size=4] 光电倍增管在完全黑暗的环境下仍有微小的电流输出。这个微小的电流叫做阳极暗电流。它是决定光电倍增管对微弱光信号的检出能力的重要因素之一。[/size][/color][/b]
半导体探测器(semiconductor detector)是以半导体材料为探测介质的辐射探测器。最通用的半导体材料是锗和硅,其基本原理与气体电离室相类似。半导体探测器发现较晚,1949年麦凯(K.G.McKay)首次用α 射线照射PN结二极管观察到输出信号。5O年代初由于晶体管问世后,晶体管电子学的发展促进了半导体技术的发展。半导体探测器有两个电极,加有一定的偏压。当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时,即产生电子-空穴对。在两极加上电压后,电荷载流子就向两极作漂移运动﹐收集电极上会感应出电荷,从而在外电路形成信号脉冲。但在半导体探测器中,入射粒子产生一个电子-空穴对所需消耗的平均能量为气体电离室产生一个离子对所需消耗的十分之一左右,因此半导体探测器比闪烁计数器和气体电离探测器的能量分辨率好得多。半导体探测器的灵敏区应是接近理想的半导体材料,而实际上一般的半导体材料都有较高的杂质浓度,必须对杂质进行补偿或提高半导体单晶的纯度。通常使用的半导体探测器主要有结型、面垒型、锂漂移型和高纯锗等几种类型(下图由左至右)。金硅面垒型探测器1958年首次出现,锂漂移型探测器60年代初研制成功,同轴型高纯锗(HPGe)探测器和高阻硅探测器等主要用于能量测量和时间的探测器陆续投入使用,半导体探测器得到迅速的发展和广泛应用。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/12/200912291643_192752_1615922_3.jpg[/img]
电离室ionization chamber 由处于不同电位的电极和限定在电极之间的气体组成,通过收集因辐射在气体中产生的电子或离子运动而产生的电讯号来定量测量电离辐射的探测器。 分为脉冲电离室和电流电离室,前者可记录单个辐射粒子的电离辐射,主要用于重带电粒子的能量和注量或注量率的测量,后者则用来记录大量辐射产生的平均效应,用于测量X射线,γ光子束,β射线和中子束的注量、注量率和剂量。 是一种核辐射探测元件。一般为圆柱形,电离室中间有一个柱状电极,它与外壳构成一个电容器。在电离室的两极加上电压,可以收集放射性射线作用产生的电离电流。根据电离电流的大小可以确定放射性活度。按照被测射线种类不同,电离室可分为α电离室、β电离室和γ电离室。[1] 一种最早的测量核辐射的气体电离探测器之一,早在191—1914年间,就用它成功地发现了宇宙线.最简单的电离室由两块平行板构成,一块接几百至几千伏正高压,一块通过电阻接地.当带电粒子经过时,使两板之间气体电离,正离子飞向阴极,电子飞向阳极.两板上产生感应电荷,在接地的电阻上就形成一脉冲信号.由于电子飞行速度比离子要大三个量级,电子将快速到达阳极,在到达前,由于是正反离子对共同贡献,脉冲上升,随着电子减少和离子被阴极吸收,脉冲慢慢下降,直到正离子被吸收.由此可见,电离室相当于简单的放电线路,不同的电离室就是选择不同的值iPiP设计出来的.如果离子收集时间为+(约为103C秒),电子的]收集时间为-(约为106+C秒),当取时,为离子脉冲H]iP]电离室,它收集了全部电子和离子,可以用它来测量带电粒子的能量.当取-<<+时为电子电离室,它比较快,可]iP]以用来测量带电粒子的强度.但由于它的脉冲辐度与离子对产生地点有关,不能直接用它来测能量.为了把电离室做得又快又能测能量,人们把它改进成屏栅电离室,可以在重离子物理中测量重带电粒子能量并鉴别粒子,也可改进为圆柱形脉冲电离室,既可测能量,又可作记数器.[编辑本段]正文 一、电离室工作原理 电离室是一种探测电离辐射的气体探测器。 气体探测器的原理是,当探测器受到射线照射时,射线与气体中的分子作用,产生由一个电子和一个正离子组成的离子对。这些离子向周围区域自由扩散。扩散过程中,电子和正离子可以复合重新形成中性分子。但是,若在构成气体探测器的收集极和高压极上加直流的极化电压V,形成电场,那么电子和正离子就会分别被拉向正负两极,并被收集。随着极化电压V逐渐增加,气体探测器的工作状态就会从复合区、饱和区、正比区、有限正比区、盖革区(G - M区)一直变化到连续放电区。 所谓电离室即工作在饱和区的气体探测器,因而饱和区又称电离室区。如图11-1所示,在该区内,如果选择了适当的极化电压,复合效应便可忽略,也没有碰撞放大产生,此时可认为射线产生的初始离子对N0恰好全部被收集,形成电离电流。该电离电流正比于N0,因而正比于射线强度。加速器的监测探测器一般均采用电离室。标准剂量计也用电离室作为测量元件。电离室的电流可以用一台灵敏度很高的静电计测量。 不难看出,电离室主要由收集极和高压极组成,收集极和高压极之间是气体。与其他气体探测器不同的是,电离室一般以一个大气压左右的空气为灵敏体积,该部分可以与外界完全连通,也可以处于封闭状态。其周围是由导电的空气等效材料或组织等效材料构成的电极,中心是收集电极,二极间加一定的极化电压形成电场。为了使收集到的电离离子全部形成电离电流,减少漏电损失,在收集极和高压极之间需要增加保护极。 当X射线、γ射线照射电离室,光子与电离室材料发生相互作用,主要在电离室室壁产生次级电子。次级电子使电离室内的空气电离,电离离子在电场的作用下向收集极运动,到达收集极的离子被收集,形成电离电流信号输出给测量单元。 二、电离室的主要性能 (一) 电离室的灵敏度 一般说来,电离室的灵敏度取决于电离室内的空[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]气质[/color][/url]量。由于电离室内的气压近似为一个大气压,那么,也可以说其灵敏度正比于空气体积,因而这个体积又称“灵敏体积”,对于测量照射量(空气比释动能)的电离室,其电流服从下式的规律 或者写为: 式中 SC — 电离室的灵敏度(灵敏因子) [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]IC[/color][/url] — 电离室的电离电流A — 照射量率Ckg s(Akg) V — 电离室的灵敏体积 a — 常数,与电离室的材料和空气密度有关,对于空气等效电离室α≈1.2×10 因此随着电离室体积增大,灵敏度增高。 (二) 电离室的能量响应 如上所述,电离室的响应(灵敏度)正比于空气比释动能率(照射量率),而不受其他影响,例如不应随能量的变化而变化,不应随温度的变化而变化等。但是由于电离室本身不能完全由空气制作,不能完全等同于空气,当辐射的能量改变后,电离室的响应(灵敏度)也随之改变,这种特性称之为能量响应。 对于剂量测量的电离室,能量响应是极为重要的性能参数:而对于剂量监测的电离室虽然也关心能量响应,但不是非常重要。 (三) 电子平衡 在加速器辐射和空气的相互作用中,加速器的光子不能直接引起电离,而是通过光电吸收、康普顿散射和电子对生成作用损失能量,产生次级电子。加速器的初级电子虽然引起电离,但是引起空气电离的主要还是次级电子。加速器光子或初级电子在与物质的作用中首先产生次级电子,而作为电离室,进入电离室空气空腔的次级电子主要在电离室的壁中产生的。由于壁的材料的密度比空气大得多,产生的电子也多,因此随着壁厚的增加,进入电离室空气灵敏体积的次级电子增加,当电离室壁厚增加到一定程度,电离室壁对次级电子的阻挡作用开始明显,并最终使得进入灵敏体积的次级电子和逃出灵敏体积的次级电子相等,我们便称这种状态为“电子平衡”,或称“电子建成”。广义的说,所谓电子平衡,是指进入测量体积元的次级电子能量等于离开该体积元的次级电子能量。当射线的能量高时,次级电子的能量也高,穿透的材料厚度增大,达到电子平衡的厚度也增大。 一般来说,只要包围收集体积空气的材料的厚度大于次级电子最大射程,电子平衡条件就可基本满足。我们稍微详细点分析。
光探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置,其在诸多领域都有着广泛的应用。与此同时,低维材料在线提供的二维层状材料因其优异的内秉光电特性而常常被用于光电探测的研究。全国纳米技术标准化技术委员会低维材料工作组的专家介绍,黑磷作为一种新的二维层状半导体材料,具有较高的载流子迁移率、各向异性的光电性质、可调控的直接带隙以及高的开关比,因而被人们认为是制造高性能光电探测器的理想材料之一。与此同时,研究表明减小层状材料的厚度能够有效提高材料的电输运性能,改善能带结构并有利于提升材料的光探测能力,所以少层黑磷纳米片在光电领域具有极大的应用价值。然而,二维黑磷纳米片在外界条件下暴露时会遭受严重的氧化,这极大地阻碍了其开发应用的开展。近日,湘潭大学钟建新教授团队的祁祥副教授课题组和深圳市黑磷光电技术工程实验室主任深圳大学张晗教授课题组采用KOH作为电解液,在溶液的环境下测试了少层黑磷纳米片的自供电光探测性能并研究了其稳定性情况。从图中可看出,基于二维黑磷纳米片的自供电光探测器展现出优异的光响应性能以及良好的环境稳定性,不同入射光强度下二维黑磷纳米片光响应率在1.9到2.2μAW[sup]-1[/sup]的范围内波动,表现出较为稳定的敏感度。同时,光探测器的电流密度随着入射光的强度增强而线性增加,也符合光电化学型光探测器的特性。除此之外,研究结果还表明碱性电解液的存在有助于维持黑磷纳米片的稳定性。黑磷纳米片在0.1MKOH电解液中的光电流能达到265nA/cm[sup]2[/sup],24个小时后光电流密度从265 nA/cm[sup]2[/sup]略微衰减到243nA/cm[sup]2[/sup],这也就意味着黑磷纳米片在KOH电解液中具有优异的光探测能力以及良好的稳定性。不仅如此,通过对KOH电解液的浓度和外界偏压进行调控,他们还进一步的优化了黑磷纳米片的光探测性能。该工作不仅研究了黑磷纳米片光探测性能和电解液浓度的关系,还表明黑磷纳米片作为低功耗光探测器件的良好性能与潜力。综上所述,黑磷在碱性溶液中所表现出来的高稳定性和光响应性能,使得光电化学型光探测器结构具有极大的研究意义以及潜在的应用价值。在这个工作中,他们研究了黑磷纳米片光探测器的基本性能,为进一步研发基于黑磷纳米片的光探测器提供研究基础以及技术路线。目前巨纳集团低维材料在线商城91cailiao.cn,提供的各类二维材料,一维材料,零维材料,如黑磷BP,石墨烯,纳米管,HOPG,天然石墨NG,二硫化钼MoS2,二硫化钨WS2,hBN氮化硼晶体,二碲化钨WTe2,二硫化铼ReS2,二硒化铼ReSe2等,受到了科研工作者的一致好评。[img=,690,642]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707141029_01_2047_3.png[/img]
请问大家一个问题,PbS探测器和InGaAs探测器有什么区别?在相同的条件下他们所测量的光谱有什么不同吗?http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/default/emyc1004.gif
X射线荧光探测器与质谱探测器有什么异同?
弱弱的问下:一般二次电子探测器加载电压250 V,根据相关原理,请问:能否通过改变二次电子探测器电压采集背散射电子像?
最近因为实验室要买XRF做调研,顺便就了解了一下关键器件的一些知识,发现一个问题向大家请教一下。就是关于探测器和X射线管的Be窗的问题。探测器和射线管的Be有什么不一样吗?为什么探测器的那么薄?(很多厂家上面说的甚至有几个微米) 而射线管我看到最低的就是75微米。如果这些数据都是真实的话,那为什么不用做探测器的Be窗来做X射线管呢?是个新手,什么都不大懂,希望有大虾帮我解释一下。
高速响应的中波红外探测器在自由空间光通信和频率梳光谱学等新兴领域的需求逐渐增加。中长波XB?n势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有抑制作用。近期,由中国科学院半导体研究所、昆明物理研究所、中国科学院大学和陆装驻重庆军代局驻昆明地区第一军代室组成的科研团队在《红外与毫米波学报》期刊上发表了以“非制冷势垒型InAsSb基高速中波红外探测器”为主题的文章。该文章第一作者为贾春阳,通讯作者为赵俊总工程师和张逸韵研究员。本工作制备了不同直径的nBn和pBn结构的中波InAsSb/AlAsSb红外接地-信号-接地(GSG)探测器。对制备的探测器进行了变温暗电流特性,结电容特性和室温射频响应特性的表征。[align=center][size=18px][back=#ffff00][b]材料生长、器件制备和测试[/b][/back][/size][/align]通过固态源分子束外延装置在2英寸的n型Te-GaSb衬底上外延生长nBn和pBn器件。势垒型器件的生长过程如下所示:先在衬底上生长GaSb缓冲层来平整表面以及减少应力和位错,接着生长重掺杂(101? cm?3)n型InAsSb接触层,然后生长2.5 μm厚的非故意掺杂(101? cm?3)InAsSb体材料吸收层。之后生长了150 nm厚的AlAsSb/AlSb数字合金电子势垒层,通过插入超薄的AlSb层实现了吸收区和势垒层的价带偏移的显著减少,有助于空穴向接触电极的传输,同时有效阻止电子以减小暗电流。最后分别生长300 nm厚的重掺杂(101? cm?3)n型InAsSb和p型GaSb接触层用于形成nBn和pBn器件结构。其中,Si和Be分别被用作n型和p型掺杂源。生长后,通过原子力显微镜(D3100,Veeco,USA)和高分辨X射线衍射仪(Bede D1,United Kingdom)对晶片进行表征以确保获得高质量的材料质量。通过激光划片将2英寸的外延片划裂为1×1 cm2的样片。样片经过标准工艺处理,包括台面定义、钝化和金属蒸镀工艺,制成直径从10 μm到100 μm的圆形台面单管探测器。台面定义工艺包括通过电感耦合等离子体(ICP)和柠檬酸基混合溶液进行的干法刻蚀和湿法腐蚀工艺,以去除器件侧壁上的离子诱导损伤和表面态。器件的金属电极需要与射频探针进行耦合来测试器件的射频响应特性,因此包括三个电极分别为Ground(接地)、Signal(信号)和Ground,其中两个Ground电极相连,与下接触层形成欧姆接触,Signal电极与上接触层形成欧姆接触,如图1(c)和(f)所示。通过低温探针台和半导体参数分析仪(Keithley 4200,America)测试器件77 K-300 K范围的电学特性。器件的光学响应特性在之前的工作中介绍过,在300 K下光电探测器截止波长约为4.8 μm,与InAsSb吸收层的带隙一致。在300 K和反向偏置为450 mV时,饱和量子效率在55%-60%。通过探针台和频率响应范围10 MHz-67 GHz的矢量网络分析仪(Keysight PNA-XN5247B,America)对器件进行射频响应特性测试。[align=center][size=18px][back=#ffff00][b]结果与讨论[/b][/back][/size][/align][b]材料质量表征[/b]图1(a)和(d)的X射线衍射谱结果显示,从左到右的谱线峰分别对应于InAsSb吸收层和GaSb缓冲层/衬底。其中,nBn和pBn外延片的InAsSb吸收区的峰值分别出现在60.69度和60.67度,GaSb衬底的峰值则出现在60.72度。因此,InAsSb吸收层与GaSb 衬底的晶格失配分别为-108 acsec和-180 acsec,符合预期,表明nBn和pBn器件的InAsSb吸收区和GaSb衬底几乎是晶格匹配的生长条件。因此,nBn和pBn外延片都具有良好的材料质量。原子力显微镜扫描的结果在图1的(b)和(e)中,显示出生长后的nBn和pBn外延片具有良好的表面形貌。在一个5×5 μm2的区域内,nBn和pBn外延片的均方根粗糙度分别为1.7 ?和2.1 ?。[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/92230b98-4dac-4ee0-aeaa-282dcd342995.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图1 (a)和(a)分别为nBn和pBn外延片的X射线衍射谱;(b)和(e)分别为nBn和pBn外延片的原子力显微扫描图;(c)和(f)分别为制备的圆形GSG探测器的光学照片和扫描电子照片[/color][/align][b]器件的变温暗电流特性[/b]图2(a)显示了器件直径90 μm的nBn和pBn探测器单管芯片的温度依赖暗电流密度-电压曲线,通过在连接到Keithley 4200半导体参数分析仪的低温探针台上进行测量。图2(b)显示了件直径90 μm的nBn和pBn探测器在77 K-300 K下的微分电阻和器件面积的乘积R?A随反向偏压的变化曲线,温度下降的梯度(STEP)为25 K。图2(c)显示了在400 mV反向偏压下,nBn和pBn探测器表现出的从77 K到300 K的R?A与温度倒数(1000/T)之间的关系,温度变化的梯度(STEP)为25 K。[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/a8f8001f-cd03-42f4-a32f-8b1acc94131d.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图2 从77K到300K温度下直径90 μm的nBn和pBn探测器单管芯片(a)暗电流密度-电压曲线;(b)微分电阻和器件面积的乘积R?A随反向偏压的变化曲线;(c)R?A随温度倒数变化曲线[/color][/align][b]器件暗电流的尺寸效应[/b]由于势垒型红外探测器对于体内暗电流可以起到较好的抑制作用,因此研究人员关注与台面周长和面积有关的表面泄露暗电流,进一步抑制表面漏电流可以进一步提高探测器的工作性能。图3(a)显示了从20 μm到100 μm直径的nBn和pBn器件于室温工作的暗电流密度和电压关系,尺寸变化的梯度(STEP)为10 μm。图3(b)显示从20 μm-100 μm的nBn和pBn探测器的微分电阻和台面面积的乘积R?A随反向偏压的变化曲线。图3(d)中pBn器件的相对平缓的拟合曲线说明了具有较高的侧壁电阻率,根据斜率的倒数计算出约为1.7×10? Ωcm。[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/e7fba8aa-eabe-40a4-a863-6ebcdd264744.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图3 从20 μm到100 μm直径的nBn和pBn器件于室温下的(a)暗电流密度和电压变化曲线和(b)R?A随反向偏压的变化曲线;(c)在400 mV反偏时,pBn和nBn器件R?A随台面直径的变化;(d)(R?A)?1与周长对面积(P/A)变化曲线[/color][/align][b]器件的结电容[/b]图4(a)显示了使用Keithley 4200 CV模块在室温下不同直径的nBn和pBn探测器的结电容随反向偏压的变化曲线,器件直径从20 μm到100 μm按照10 μm梯度(STEP)变化。对于势垒层完全耗尽的pBn探测器,预期器件电容将由AlAsSb/AlSb势垒层电容和InAsSb吸收区耗尽层电容的串联组合给出,其中包括势垒层和上接触层侧的InAsSb耗尽区。[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/c09b63df-6442-42f2-b548-df4f539db6eb.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图4 (a)在室温下不同直径的nBn和pBn探测器的结电容随反向偏压的变化曲线;(b)反偏400 mV下结电容与台面直径的变化曲线。[/color][/align][b]器件的射频响应特性[/b]通过Keysight PNA-X N5247B矢量网络分析仪、探针台和飞秒激光光源,在室温和0-3 V反向偏压下,对不同尺寸的nBn和pBn探测器在10 MHz至67 GHz之间进行了射频响应特性测试。根据图5推算出在3V反向偏压下的40 μm、50 μm、70 μm、80 μm、90 μm、100 μm直径的圆形nBn和pBn红外探测器的3 dB截止频率(f3dB)。势垒型探测器内部载流子输运过程类似光电导探测器,表面载流子寿命对响应速度会产生影响。[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/95acbbf7-8557-4619-b4cd-5829d636aced.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图5 在300 K下施加-3V偏压的40 μm、50 μm、70 μm、80 μm、90 μm、100 μm直径的nBn和pBn探测器的归一化频率响应图[/color][/align][align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/541829b0-a336-4b7e-a75b-0a15f8dfd06a.jpg[/img][/align][align=center][color=#0070c0]图6 不同尺寸的nBn和pBn探测器(a)3 dB截止频率随反向偏压变化曲线;(b)在3 V反向偏压下的3 dB截止频率随台面直径变化曲线[/color][/align]图6(a)展示了对不同尺寸的nBn和pBn探测器,在0-3 V反向偏压范围内的3 dB截止频率的结果。随着反向偏压的增大,不同尺寸的器件的3 dB带宽也随之增大。因此,在图6(a)中观察到在低反向偏压下nBn和pBn器件的响应较慢,nBn探测器的截止频率落在60 MHz-320 MHz之间而pBn探测器的截止频率落在70 MHz-750 MHz之间;随着施加偏压的增加,截止频率增加,nBn和pBn器件最高可以达到反向偏压3V下的2.02 GHz和2.62 GHz。pBn器件的响应速度相较于nBn器件提升了约29.7%。[align=center][size=18px][back=#ffff00][b]结论[/b][/back][/size][/align]通过分子束外延法在锑化镓衬底上生长了两种势垒型结构nBn和pBn的InAsSb/AlAsSb/AlSb基中波红外光探测器,经过台面定义、工艺钝化工艺和金属蒸镀工艺制备了可用于射频响应特性测试的GSG探测器。XRD和AFM的结果表示两种结构的外延片都具有较好的晶体质量。探测器的暗电流测试结果表明,在室温和反向偏压400 mV工作时,直径90 μm的pBn器件相较于nBn器件表现出更低的暗电流密度0.145 A/cm2,说明了该器件在室温非制冷环境下表现出低噪声。不同台面直径的探测器的暗电流测试表明,pBn器件的表面电阻率约为1.7×10? Ωcm,对照的nBn器件的表面电阻率为3.1×103 Ωcm,而pBn和nBn的R?A体积项的贡献分别为16.60 Ωcm2和5.27 Ωcm2。探测器的电容测试结果表明,可零偏压工作的pBn探测器具有完全耗尽的势垒层和部分耗尽的吸收区,nBn的吸收区也存在部分耗尽。探测器的射频响应特性表明,直径90 μm的pBn器件的响应速度在室温和3 V反向偏压下可达2.62 GHz,对照的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz,相比提升了约29.7%。初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光探测器,对室温中波高速红外探测器及光通讯模块提供技术路线参考。[b]论文链接:[/b][url]http://journal.sitp.ac.cn/hwyhmb/hwyhmbcn/article/abstract/2023157[/url][来源:MEMS][align=right][/align]
小弟想要一个能检测波长为3.3um的热释电红外探测器,但在网上查了很久,发现都是些检测波长在5-14um的探测器。哪位大侠知道哪种型号的探测器能满足我的需求啊?劳烦告诉我型号啊,感激不尽哦!