电子探针中传感器的应用.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子探针中传感器的应用,电子探针的基本原理,由,莫塞莱定律,可知，各种元素的特征,X,射线都具有各自确定的波长，通过探测这些不同波长的,X,射线来确定样品中所含有的元素，这就是电子探针定性分析的依据,电子探针图例,传感器的种类,按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、,24GHz,雷达传感器,按照其原理，传感器可分类为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等,以输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器数字传感器膺数字传感器开关传感器,传感器与电子探针中的应用,传感器与电子探针中的应用,闪烁计数器是粒子通过介质引起介质原子或分子或激发再退激发的光辐射探测器.,离子流Ii与压力p可用下式表示：Ii=KIep,EK-EL1-EL2。,这个俄歇电子的能量约等于,由于不同气体电离截面不同，所以电离规管系数K与气体种类有关，引入相对灵敏度S，概念，Sr=KKN2。,因为 d(分光晶体面间距)和 R(罗兰圆半径：JCXA733 电子探针为 140mm)均为常数。,俄歇电子能谱仪检测俄歇电子的能量,俄歇电子能谱仪工作原理：当一个具有足够能量的入射电子使原子内层电离时，该空穴立即就被另一电子通过L1K跃迁所填充。,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。,传感器与电子探针中的应用,传感器与电子探针中的应用,霍尔传感器检测入射电子束的电流密度,在半导体薄片两端通以控制电流,I,，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为,B,的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为,U,H,的霍尔电压根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。,霍尔电流传感器电路图如下,传感器与电子探针中的应用,传感器与电子探针中的应用,俄歇电子能谱仪检测俄歇电子的能量,俄歇电子能谱仪工作原理：当一个具有足够能量的入射电子使原子内层电离时，该空穴立即就被另一电子通过,L1K,跃迁所填充。这个跃迁多余的能量,EK-EL1,如使,L2,能级上的电子产生跃迁，这个电子就从该原子发射出去称为俄歇电子。这个俄歇电子的能量约等于,EK-EL1-EL2,。这种发射过程称为,KL1L2,跃迁。此外类似的还会有,KL1L1,、,LM1M2,、,MN1N1,等等。从上述过程可以看出，至少有两个能级和三个电子参与俄歇过程，所以氢原子和氦原子不能产,传感器与电子探针中的应用,生俄歇电子。但是在固体中价电子是共用的，所以在各种含锂化合物中也可以看到从锂发生的俄歇电子。在电子探针中，俄歇电子的能量决定了原子壳层的能级，因而带有元素原子的能量特征，因此，俄歇电子信号适用于表面成分分析（如晶界、相界等相关界面）。,传感器与电子探针中的应用,闪烁计数器检测二次电子信号强度、背散射电子信号强度、透射电子信号强度,闪烁计数器是粒子通过介质引起介质原子或分子或激发再退激发的光,辐射探测器,.,它是,1947,年,由科尔特曼和卡尔曼发明的,.,主要由闪烁体、反光层、,光电倍增管,、电子线路四部份组成,.,它对粒子的探测效率高，,时间分辨,率和空间分辨率好，不仅可以给出粒子通过的信号，还可以通过对光信号的幅度分析测出通过粒子的能量（一般要粒子停留在其中），也可用两块闪烁体放于一定距离处测出粒子通过它们的时间差来测定穿过它们粒子的速度，从而给出粒子质量,.,它在,高能物理,实验中是最广泛应用的探测器，在快触发选择中更是必不可少的,.,闪烁体按化学性质分为有机和无机两种。二次电子产额主要决定于式样的表面形貌，因此主要用于形貌观察。,传感器与电子探针中的应用,电子探针中，背散射电子的产额对样品的原子序数敏感，对样品形貌也敏感，主要反映微区成分特征，同时也能反映形貌特征。电子探针中，透射电子可被安装在样品下方的闪烁计数器检测，其强度取决于电子束作用区的厚度、成分和结构。,传感器与电子探针中的应用,荧光分析仪检测阴极荧光光强度（光敏传感器）。,阴极荧光产生的物理过程对杂志和缺陷的特征十分敏感，因此，是用来检测杂质和缺陷的有效方法，常用于鉴定物相、杂质和缺陷分布。,传感器与电子探针中的应用,电离真空计检测真空度,电子在电场中飞行时从电场获得能量，若与气体分子碰撞，将使气体分子以一定几率发生电离，产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数，正比于气体密度,n,在一定温度下正比于气体的压力,p,。因此，可根据离子电流的大小指示真空度。这就是电离真空计工作原理。,由灯丝加热提供电子源的电离真空计称为热阴极电离真空计，其型式繁多，各具不同特点和适用不同的压力测量范围。,热阴极电离真空计由测量规管,(,或规头,),和电气测量电路,(,真空计控制单元和指示单元,),组成。规管功能是把非电量的气体压力转换成电量,离子电流。热阴极电离真空计规管的基本结构主要包括三个电极：,传感器与电子探针中的应用,(1),提供一定数量电子流,Ie,的灯丝,F(,阴极,),；,(2),产生电子加速场并收集电子流的阳极,A(,亦称电子加速极,),；,(3),收集离子流,I,，的离子收集极,C(,相对阴极为负电位,),。,离子流,Ii,与压力,p,可用下式表示：,Ii=KIep,式中,Ie,发射电子流，,K,规管系数，单位为,Pa-1,在一定压力范围内,K,为一常数，若保持发射电子流,I,，为一恒量时，则离子流,Ii,与压力,p,呈线性关系,当压力高到某一值时，,K,值会随压力,p,而变化，这就达到了压力线性测量上限,pmax,，它由电极的几何结构、电极间电位分布以及发射电流大小所决定。,传感器与电子探针中的应用,规管系数,K,在气体压力,p,很低时仍可保持为常数，但离子流,Ii,随压力,p,降低而减小到一定限度后，将会埋没在电离计工作中不可避免地存在着的其它与压力,p,无关的本底电流之中，因而达到其压力测量下限,pmin,。这种本底电流包括,X,射线光电流等。按线性压力范围的不同，热阴极电离真空计主要分三类：,(1),普通型电离真空计,(110-1,lO-5Pa),；,(2),超高真空电离真空计,(110-1,lO-8Pa,，有的下限为,10-10Pa),；,(3),高压力电离真空计,(102,10-3Pa),。,传感器与电子探针中的应用,图：,热阴极电离真空计原理图,传感器与电子探针中的应用,图示出,DL,一,2,型普通型热阴极电离规结构，其,Ie=5mA,，,K=0,15Pa-1,，线性压力测量范围是,l10-1,10-5Pa,。,由于不同气体电离截面不同，所以电离规管系数,K,与气体种类有关，引入相对灵敏度,S,，概念，,Sr=K,KN2,。,由于电离真空计是以,N2,校准的，若被测气体非为,N2,，则电离真空计的读数,pread,是被测气体离子流所对应的等效氮压力，非为真实压力,preal,。若知道被测气体相对灵敏度,Sr,时，其真实压力为,preal=pread/Sr,传感器与电子探针中的应用,X,射线波长色散谱仪中各种元素特征,X,射线波长,（角度传感器）,以,R,为半径的圆称为,Rowlend,圆，也称聚焦圆,(,对,X,射线聚焦,),。电子束入射到样品,S,表面时，会产生反应样品成分的特征,X,射线，特征,X,射线经晶体分光聚焦后，被,X,射线计数管接收，如果样品照射点到晶体的距离为,L,，则,L=2Rsin,再由,Bragg,公式,L=nR/d,。因为,d(,分光晶体面间距,),和,R(,罗兰圆半径：,JCXA,733,电子探针为,140mm),均为常数。,n,为特征,X,射线衍射级数，因此，晶体沿,L,直线运动时,(L,改变,),就可以测出不同元素所产生的特征,X,射线波长,称这种谱仪为直进式波谱仪。,传感器与电子探针中的应用,X,射线波长色散谱仪中,X,射线强度（电子传感器）。,正比计数器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。,X,射线测定过程如图,8,14,，由分光晶体产生的,X,射线进入正比计数管，正比计数管出来的信号进入前置放大器（,Preamp,）和主放大器（,AMP,），并在单道分析器（,SCA,）中进行脉冲高度分析，单道分析器的输出脉冲送双道计数器计数，单道分析器及速率表的输出信号,传感器与电子探针中的应用,经过图像选择器,(IMS),在,CRT,上显示出一维,(,线轮廓,),或二维,(X,射线像,),的,X,射线强度分布。,不同元素发出的特性X射线具有不同频率，即具有不同能量，当不同能量的X射线光子进入Si（Li）晶体激发的电子-空穴对N=E/，入射光子的能量不同，所激发的电子-空穴对数目也不同，电子-空穴对的数目N决定了探测器输出地电压脉冲高度，为了降低噪音，探测器用液氮冷却，然后用前置放大器对信号放大，放大后的信号进入多道脉冲高度分析器，把不同能量的 X射线光子分开来，并在输出设备（如显像管）上显示出脉冲数脉冲高度曲线，纵坐标是脉冲数，与所分析元素含射线光子的能量和强度，从而得出所分析脉冲高度，与元素种类有关，这样就可以测出 X元素的种类和含量,由莫塞莱定律可知，各种元素的特征X射线都具有各自确定的波长，通过探测这些不同波长的X射线来确定样品中所含有的元素，这就是电子探针定性分析的依据,传感器与电子探针中的应用,热阴极电离真空计规管的基本结构主要包括三个电极：,二次电子产额主要决定于式样的表面形貌，因此主要用于形貌观察。,这就是电离真空计工作原理。,阴极荧光产生的物理过程对杂志和缺陷的特征十分敏感，因此，是用来检测杂质和缺陷的有效方法，常用于鉴定物相、杂质和缺陷分布。,传感器与电子探针中的应用,以 R 为半径的圆称为 Rowlend 圆，也称聚焦圆(对 X 射线聚焦)。,这种发射过程称为KL1L2跃迁。,电子束入射到样品 S表面时，会产生反应样品成分的特征 X射线，特征 X射线经晶体分光聚焦后，被 X射线计数管接收，如果样品照射点到晶体的距离为 L，则 L=2Rsin,再由 Bragg 公式L=nR/d。,它是1947年由科尔特曼和卡尔曼发明的.,传感器与电子探针中的应用,(1)普通型电离真空计(110-1lO-5Pa)；,热阴极电离真空计由测量规管(或规头)和电气测量电路(真空计控制单元和指示单元)组成。,正比计数器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。,俄歇电子能谱仪检测俄歇电子的能量,传感器与电子探针中的应用,X,射线能量色散谱仪中,X,射线光子的脉冲数,-,脉冲高度曲线（模拟传感器）,锂漂移硅,Si(Li),探测器是一种具有较大灵敏体积的一种半导体探测器，其灵敏区厚度可达,5-6mm,，可用于,、,射线和低能,射线计数测量和能谱测量。不同元素发出的特性,X,射线具有不同频率，即具有不同能量，当不同能量的,X,射线光子进入,Si,（,Li,）晶体激发的电子,-,空穴对,N=E/,，入射光子的能量不同，所激发的电子,-,空穴对数目也不同，电子,-,空穴对的数目,N,决定了探测器输出地电压脉冲高度，为了降低噪音，探测器用液氮冷却，然后用前置放大器对信号放大，放大后的信号进入多道脉冲高度分析器，把不同能量的,X,射线光子分开来，并在输出设备（如显像管）上显示出脉冲数,脉冲高度曲线，纵坐标是脉冲数，与所分析元素含射线光子的能量和强度，从而得出所分析脉冲高度，与元素种类有关，这样就可以测出,X,元素的种类和含量,电子探针中传感器的应用到此结束。,谢谢观赏！,谢谢观看,谢谢观看,