JP2568536B2 - Energy dispersive X-ray detector - Google Patents
Energy dispersive X-ray detectorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、低エネルギＸ線を高分解能で検出する、エ
ネルギ分散型Ｘ線検出装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy dispersive X-ray detector that detects low-energy X-rays with high resolution.
＜従来の技術＞ 低エネルギＸ線（軟Ｘ線）を検出するためのエネルギ
分散型Ｘ線検出装置においては、従来、検出器としてSi
（Li）検出器を用いている。<Prior Art> In an energy dispersive X-ray detection apparatus for detecting low energy X-rays (soft X-rays), conventionally, a detector having a Si
(L i ) A detector is used.
＜発明が解決しようとする問題点＞ Si（Li）検出器は、一般に、常温に放置しておくとLi
が再拡散してドリフト層が減少する。そのため、Si（L
i）検出器を用いた従来の検出装置においては、高エネ
ルギ分解能を維持するためには、使用時不使用時を問わ
ず常時液体チッ素を補給して検出器を冷却しておく必要
があって、その保守は著しく煩雑であるという問題があ
った。<Problems to be Solved by the Invention> In general, a Si (Li) detector
Are re-diffused and the drift layer is reduced. Therefore, Si (L
i) In a conventional detector using a detector, in order to maintain high energy resolution, it is necessary to always supply liquid nitrogen to cool the detector regardless of whether it is used or not. Therefore, there is a problem that the maintenance is extremely complicated.
そこで、従来のSi（Li）検出器に代えて、高純度シリ
コン検出器を用いた検出装置が検討されている。高純度
シリコン検出器はLiによる補償を行わないので、常温
液体チッ素温度のサイクルに対しても安定であり、不使
用時に冷却を必要としないという利点がある。また、公
知の高純度シリコン検出器は、通常の半導体プロセスに
よって大量に一括して作製することができ、結果的に安
価な製品を提供できるという利点もある。ところが、こ
のような高純度シリコン検出器を用いた装置は未だに実
用化には至っていない。その原因は、検出装置として最
も重要視されるエネルギ分解能が、Si（Li）検出器を用
いた場合に比べて劣っていることにある。すなわち、例
えばIEEE Transaction on Nuclear Science,Vol.NS−2
9,NO.1,P−P755−758にも記載されているように、Mn K
α（5.9KeV）線に対するエネルギ分解能は、Si（Li）検
出器を液体チッ素温度近傍に冷却して使用する従来装置
においてFWHM150eVに対し、高純度シリコン検出器を同
装置に適用した場合にはFWHM250eV程度にとどまる。こ
れは本発明者による追試によって確認された。Therefore, a detection device using a high-purity silicon detector instead of the conventional Si (Li) detector has been studied. Since the high-purity silicon detector does not compensate for Li, it has the advantage that it is stable even at normal liquid nitrogen temperature cycles and does not require cooling when not in use. In addition, known high-purity silicon detectors can be manufactured in large quantities in a batch by a normal semiconductor process, and as a result, there is an advantage that an inexpensive product can be provided. However, an apparatus using such a high-purity silicon detector has not yet been put to practical use. The cause is that the energy resolution, which is regarded as the most important as a detection device, is inferior to the case where a Si (Li) detector is used. That is, for example, IEEE Transaction on Nuclear Science, Vol. NS-2
9, NO.1, P-P755-758, as described in M n K
α energy resolution for (5.9K e V) line, the case of applying the Si (Li) detector with respect FWHM150eV in conventional apparatus used to cool the vicinity of the liquid nitrogen temperature, the same unit of high purity silicon detector FWHM is about 250eV. This was confirmed by a duplicate test by the inventor.
本発明、高純度シリコン検出器における前述した保守
上の有利さと、半導体プロセスによる一括作製が可能な
点に注目し、この高純度シリコン検出器を用いた場合に
おけるエネルギ分解能を向上させることにより、高純度
シリコン検出器の実用化への道を拓き、もって安価で保
守が容易なエネルギ分散型Ｘ線検出装置の提供を目的と
している。The present invention focuses on the above-described maintenance advantage of the high-purity silicon detector and the fact that batch production by a semiconductor process is possible, and by improving the energy resolution when using this high-purity silicon detector, The present invention aims to provide an energy-dispersive X-ray detector that opens the way to the practical use of a pure silicon detector and is inexpensive and easy to maintain.
＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための構成を実施例図面を参照
しつつ説明すると、本発明は、Ｘ線検出器として高純度
シリコン検出器１を用いるとともに、その検出器１の支
持部材（コールドフィンガ）２を冷媒（例えば液体チッ
素）に接続して冷却するよう構成し、かつ、検出器１の
近傍には加熱手段（例えばヒータ７とその駆動回路８）
を備え、120゜K〜150゜Kの温度範囲内に検出器１の温度
を保持するようにしたことによって特徴づけられる。<Means for Solving the Problems> A configuration for achieving the above object will be described with reference to the accompanying drawings. According to the present invention, a high-purity silicon detector 1 is used as an X-ray detector. The support member (cold finger) 2 of the detector 1 is connected to a refrigerant (for example, liquid nitrogen) to be cooled, and a heating means (for example, a heater 7 and its driving circuit 8) is provided near the detector 1.
And the temperature of the detector 1 is maintained within a temperature range of 120 ° K to 150 ° K.
＜作用＞ 従来の検出装置においてSi（Li）検出器に代えて高純
度シリコン検出器を用いた場合に、エネルギ分解能が劣
る理由は以下の通りである。<Operation> When a high-purity silicon detector is used instead of the Si (Li) detector in the conventional detection device, the reason why the energy resolution is poor is as follows.
Si（Li）検出器は、全作成工程が400℃以下の過程か
ら成っている。このため、初期のSi単結晶として格子欠
陥等のトラップ準位の原因となる構造を除いたものを使
用すれば、新たにトラップ準位が導入される可能性は極
めて少い。The Si (Li) detector consists of a process in which the entire production process is performed at 400 ° C. or lower. For this reason, if an initial single crystal that does not include a structure that causes a trap level such as a lattice defect is used, the possibility of introducing a new trap level is extremely low.
これに対し高純度シリコン検出器は、ボロン、イオウ
等をイオン注入、あるいは熱拡散により導入してpn接合
を作る必要があり、更に1000℃以上での工程を経て完成
される。このため、様々なトラップ準位が導入されるの
は、半導体分野において周知の通りである。このトラッ
プ準位がいかなるふるまいを示すかについては必ずしも
現時点において明らかではないが、少くとも温度依存性
を持っていることは確実である。On the other hand, a high-purity silicon detector needs to form a pn junction by implanting boron, sulfur, or the like by ion implantation or thermal diffusion, and is completed through a process at 1000 ° C. or higher. Therefore, it is well known in the semiconductor field that various trap levels are introduced. It is not clear at this time what behavior this trap level will exhibit, but it is certain that it has at least a temperature dependence.
その証左となるものが、当該検出装置の前置増幅器に
用いている初段FETの特性の温度依存性である。すなわ
ち、例えばIEEE Transaction on Nuclear Science,Vo
l.NS−24,NO.1,P−P317−318にも記載されている通り、
この初段FETは極めて温度に敏感なノイズ特性を有し、1
20゜K〜150゜K程度の温度範囲において最もノイズが少
い。その原因はトラップ準位の存在による。このFETの
作成方法は高純度シリコン検出器のそれとほぼ同様であ
る。従って、検出器のノイズ特性もほぼ同様で、高純度
シリコン検出器についてはSi（Li）検出器と異なり、液
体チッ素温度よりも高い温度の最適な温度範囲が存在す
るという結論を得る。The proof is the temperature dependence of the characteristics of the first-stage FET used in the preamplifier of the detection device. That is, for example, IEEE Transaction on Nuclear Science, Vo
l. NS-24, NO.1, P-P317-318,
This first stage FET has extremely temperature sensitive noise characteristics,
The least noise occurs in the temperature range of about 20 ゜ K to 150 ゜ K. The cause is due to the existence of a trap level. The method of making this FET is almost the same as that of the high-purity silicon detector. Therefore, the noise characteristics of the detector are almost the same, and it is concluded that the high-purity silicon detector has an optimum temperature range higher than the liquid nitrogen temperature, unlike the Si (Li) detector.
そこで、高純度シリコン検出器１の支持部材２を冷媒
に接続して冷却すると同時に、その検出器１の近傍に加
熱手段を設けることで、検出器１の温度を液体チッ素等
の冷媒温度とは異なる、上述した検出器１に固有の最適
な温度範囲に保持して動作させれば、エネルギ分解能は
向上する。Therefore, the support member 2 of the high-purity silicon detector 1 is connected to a refrigerant for cooling, and at the same time, a heating means is provided in the vicinity of the detector 1 so that the temperature of the detector 1 becomes lower than the temperature of the refrigerant such as liquid nitrogen. However, if the detector 1 is operated while being maintained in the optimum temperature range inherent to the above-described detector 1, the energy resolution is improved.
＜実施例＞ 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。<Example> An example of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図面は本発明の実施例の検出器近傍の構成を示す部分
断面図である。The drawing is a partial cross-sectional view showing the configuration near the detector according to the embodiment of the present invention.
高純度シリコン検出器１は、チッ化ホウ素製のコール
ドフィンガ２の先端部に支持されている。コールドフィ
ンガ２の後端部は、銅棒３を介して液体チッ素デュワー
（図示せず）に接続されている。The high-purity silicon detector 1 is supported on the tip of a cold finger 2 made of boron nitride. The rear end of the cold finger 2 is connected to a liquid nitrogen dewar (not shown) via a copper rod 3.
高純度シリコン検出器１の出力信号は、信号線４を介
して同じくコールドフィンガ２上に支持されたFET5に導
かれる。このFET5は前置増幅器の入力段を形成してお
り、そのノイズ特性を良好なものとするために、ヒータ
６を設けてその温度を制御している。The output signal of the high-purity silicon detector 1 is guided via a signal line 4 to an FET 5 also supported on the cold finger 2. The FET 5 forms an input stage of a preamplifier, and a heater 6 is provided to control the temperature in order to improve the noise characteristics.
コールドフィンガ２には、その高純度シリコン検出器
１の支持部に近接して、例えばチップ抵抗を用いてなる
ヒータ７が貼着もしくは埋め込まれており、このヒータ
７はヒータ駆動回路８に接続されている。A heater 7 using, for example, a chip resistor is attached to or embedded in the cold finger 2 in the vicinity of the supporting portion of the high-purity silicon detector 1, and the heater 7 is connected to a heater driving circuit 8. ing.
以上の本発明実施例において、コールドフィンガ２は
液体チッ素温度近傍にまで冷却されるが、FTE5はヒータ
６により、また、高純度シリコン検出器１はヒータ７に
より、それぞれ加熱され、ノイズ特性が最適な温度範
囲、例えば120゜K〜150゜K内に収まるよう制御される。
なお、ヒータ７による高純度シリコン検出器１の温度制
御は、ヒータ駆動回路８内にトリマ抵抗等を挿入してお
き、ヒータ７に流れる電流を、検出器１の温度が最適温
度範囲内に収まる程度の加熱が行われるよう、あらかじ
め調整しておくことによって実施することができる。In the embodiment of the present invention described above, the cold finger 2 is cooled to near the liquid nitrogen temperature, but the FTE 5 is heated by the heater 6, and the high-purity silicon detector 1 is heated by the heater 7. The temperature is controlled to be within an optimum temperature range, for example, 120 ° K to 150 ° K.
Note that the temperature control of the high-purity silicon detector 1 by the heater 7 is performed by inserting a trimmer resistor or the like in the heater drive circuit 8 so that the current flowing through the heater 7 falls within an optimum temperature range of the detector 1. It can be carried out by preliminarily adjusting the heating to a certain degree.
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線検出器と
して高純度シリコン検出器を用い、その検出器の支持部
材を冷媒に接続して冷却するよう構成し、かつ、その検
出器の近傍には加熱手段を設け、高純度シリコン検出器
の温度をあらかじめ設定された温度範囲内に保持するよ
うにしたから、高純度シリコン検出器をそのノイズが最
小となる最適な温度において使用することが可能とな
り、そのエネルギ分解能を従来のSi（Li）検出器と同等
にまで向上させることが可能となった。その結果、通常
の半導体プロセスにより一括作製が可能であり、かつ、
常温⇔低温（液体チッ素温度）のサイクルに対して安定
な、従って安価で保守の容易な高純度シリコン検出器を
用いた高分解能のエネルギ分散型Ｘ検出装置が得られ
る。また、本発明の構成によれば、検出器の近傍に配置
した加熱手段による加熱温度を適宜に設定することによ
り、冷媒温度よりも高い任意の温度で高純度シリコン検
出器を独立的に温度制御できるため、例えば半導体プロ
セス条件の相違等に起因して高純度シリコン検出器の最
適動作温度に固体差があったり、あるいは、検出器に隣
接配置されるFET等の他の要素の最適動作温度と相違し
ていても、それに関係なく高純度シリコン検出器を常に
最適温度で動作させることが可能であり、半導体プロセ
スによって大量生産された個々の高純度シリコン検出器
について、それぞれが持つ最適動作温度下で動作させる
ことができる。また、高純度シリコン検出器を使用時に
その最適温度範囲に保持するに際して、安価な液体チッ
素等の冷媒と、ヒータ等の簡易な温度制御手段を用いる
だけでよく、装置の保守は極めて簡単である。<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, a high-purity silicon detector is used as an X-ray detector, and a support member of the detector is connected to a refrigerant to be cooled, and A heating means is provided near the detector to maintain the temperature of the high-purity silicon detector within a preset temperature range. And the energy resolution can be improved to the same level as conventional Si (Li) detectors. As a result, it is possible to perform batch production by a normal semiconductor process, and
A high-resolution energy-dispersive X-detector using a high-purity silicon detector that is stable with respect to a normal temperature-low temperature (liquid nitrogen temperature) cycle, and thus is inexpensive and easy to maintain can be obtained. Further, according to the configuration of the present invention, by appropriately setting the heating temperature of the heating means disposed near the detector, the high-purity silicon detector can be independently temperature-controlled at an arbitrary temperature higher than the refrigerant temperature. For example, there may be individual differences in the optimum operating temperature of the high-purity silicon detector due to differences in semiconductor process conditions, etc., or the optimum operating temperature of other elements such as FETs arranged adjacent to the detector. Regardless of the difference, it is possible to always operate the high-purity silicon detector at the optimum temperature regardless of that, and for each high-purity silicon detector mass-produced by the semiconductor process, the optimum operating temperature Can be operated. In order to keep the high-purity silicon detector in its optimum temperature range when using it, it is only necessary to use inexpensive refrigerant such as liquid nitrogen and simple temperature control means such as a heater. is there.
図面は本発明実施例の検出部近傍の構成を示す部分断面
図である。 １……高純度シリコン検出器 ２……コールドフィンガ ３……銅棒 ５……FET ７……ヒータ ８……ヒータ駆動回路The drawing is a partial cross-sectional view showing the configuration near the detection unit according to the embodiment of the present invention. 1 high-purity silicon detector 2 cold finger 3 copper rod 5 FET 7 heater 8 heater drive circuit
Claims (1)
用いるとともに、その検出器の支持部材を冷媒に接続し
て冷却するよう構成し、かつ、上記検出器の近傍には加
熱手段を備え、120゜K〜150゜Kの温度範囲内に上記検出
器温度を保持するようにしたエネルギ分散型Ｘ線検出装
置。1. A high-purity silicon detector is used as an X-ray detector, and a support member of the detector is connected to a refrigerant to cool the detector, and a heating means is provided near the detector. And an energy dispersive X-ray detector which maintains the detector temperature within a temperature range of 120 ° K to 150 ° K.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62027624A JP2568536B2 (en) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | Energy dispersive X-ray detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62027624A JP2568536B2 (en) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | Energy dispersive X-ray detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63195584A JPS63195584A (en) | 1988-08-12 |
| JP2568536B2 true JP2568536B2 (en) | 1997-01-08 |
Family
ID=12226105
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62027624A Expired - Fee Related JP2568536B2 (en) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | Energy dispersive X-ray detector |
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|---|---|
| JP (1) | JP2568536B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8718531D0 (en) * | 1987-08-05 | 1987-09-09 | Link Analytical Ltd | X-ray detectors |
| JPH10253762A (en) * | 1997-03-07 | 1998-09-25 | Horiba Ltd | Energy-dispersive semiconductor x-ray detector |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59227168A (en) * | 1983-06-08 | 1984-12-20 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | Semiconductor radioactive ray detector |
-
1987
- 1987-02-09 JP JP62027624A patent/JP2568536B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63195584A (en) | 1988-08-12 |
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