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1、電子探針中傳感器的應用,1.電子探針的基本原理 2.傳感器的種類 3.傳感器與電子探針中的應用,電子探針的基本原理,由莫塞萊定律可知，各種元素的特征X射線都具有各自確定的波長，通過探測這些不同波長的X射線來確定樣品中所含有的元素，這就是電子探針定性分析的依據,電子探針圖例,傳感器的種類,按照其用途，傳感器可分類為：壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器 、熱敏傳感器、24GHz雷達傳感器 按照其原理，傳感器可分類為：振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等 以輸出信號為標準可將傳感器分為：模擬傳感器數字
2、傳感器膺數字傳感器開關傳感器,傳感器與電子探針中的應用,霍爾傳感器檢測入射電子束的電流密度 在半導體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產生電勢差為UH的霍爾電壓根據霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。 霍爾電流傳感器電路圖如下,傳感器與電子探針中的應用,傳感器與電子探針中的應用,俄歇電子能譜儀檢測俄歇電子的能量 俄歇電子能譜儀工作原理：當一個具有足夠能量的入射電子使原子內層
3、電離時，該空穴立即就被另一電子通過L1K躍遷所填充。這個躍遷多余的能量EK-EL1如使L2能級上的電子產生躍遷，這個電子就從該原子發(fā)射出去稱為俄歇電子。這個俄歇電子的能量約等于,EK-EL1-EL2。這種發(fā)射過程稱為KL1L2躍遷。此外類似的還會有KL1L1、LM1M2、MN1N1等等。 從上述過程可以看出，至少有兩個能級和三個電子參與俄歇過程，所以氫原子和氦原子不能產,傳感器與電子探針中的應用,生俄歇電子。但是在固體中價電子是共用的，所以在各種含鋰化合物中也可以看到從鋰發(fā)生的俄歇電子。在電子探針中，俄歇電子的能量決定了原子殼層的能級，因而帶有元素原子的能量特征，因此，俄歇電子信號適用于表面成
4、分分析（如晶界、相界等相關界面）。,傳感器與電子探針中的應用,閃爍計數器檢測二次電子信號強度、背散射電子信號強度、透射電子信號強度 閃爍計數器是粒子通過介質引起介質原子或分子或激發(fā)再退激發(fā)的光輻射探測器.它是1947年由科爾特曼和卡爾曼發(fā)明的.主要由閃爍體、反光層、光電倍增管、電子線路四部份組成.它對粒子的探測效率高，時間分辨率和空間分辨率好，不僅可以給出粒子通過的信號，還可以通過對光信號的幅度分析測出通過粒子的能量（一般要粒子停留在其中），也可用兩塊閃爍體放于一定距離處測出粒子通過它們的時間差來測定穿過它們粒子的速度，從而給出粒子質量.它在高能物理實驗中是最廣泛應用的探測器，在快觸發(fā)選擇中更
5、是必不可少的.閃爍體按化學性質分為有機和無機兩種。二次電子產額主要決定于式樣的表面形貌，因此主要用于形貌觀察。,傳感器與電子探針中的應用,電子探針中，背散射電子的產額對樣品的原子序數敏感，對樣品形貌也敏感，主要反映微區(qū)成分特征，同時也能反映形貌特征。電子探針中，透射電子可被安裝在樣品下方的閃爍計數器檢測，其強度取決于電子束作用區(qū)的厚度、成分和結構。,傳感器與電子探針中的應用,熒光分析儀檢測陰極熒光光強度 （光敏傳感器）。 陰極熒光產生的物理過程對雜志和缺陷的特征十分敏感，因此，是用來檢測雜質和缺陷的有效方法，常用于鑒定物相、雜質和缺陷分布。,傳感器與電子探針中的應用,電離真空計檢測真空度 電子
6、在電場中飛行時從電場獲得能量，若與氣體分子碰撞，將使氣體分子以一定幾率發(fā)生電離，產生正離子和次級電子。其電離幾率與電子能量有關。電子在飛行路途中產生的正離子數，正比于氣體密度n,在一定溫度下正比于氣體的壓力p。因此，可根據離子電流的大小指示真空度。這就是電離真空計工作原理。 由燈絲加熱提供電子源的電離真空計稱為熱陰極電離真空計，其型式繁多，各具不同特點和適用不同的壓力測量范圍。 熱陰極電離真空計由測量規(guī)管(或規(guī)頭)和電氣測量電路(真空計控制單元和指示單元)組成。規(guī)管功能是把非電量的氣體壓力轉換成電量離子電流。熱陰極電離真空計規(guī)管的基本結構主要包括三個電極：,傳感器與電子探針中的應用,(1)提供
7、一定數量電子流Ie的燈絲F(陰極)；(2)產生電子加速場并收集電子流的陽極A(亦稱電子加速極)；(3)收集離子流I，的離子收集極C(相對陰極為負電位)。 離子流Ii與壓力p可用下式表示：Ii=KIep 式中Ie發(fā)射電子流，K規(guī)管系數，單位為Pa-1 在一定壓力范圍內K為一常數，若保持發(fā)射電子流I，為一恒量時，則離子流Ii與壓力p呈線性關系 當壓力高到某一值時，K值會隨壓力p而變化，這就達到了壓力線性測量上限pmax，它由電極的幾何結構、電極間電位分布以及發(fā)射電流大小所決定。,傳感器與電子探針中的應用,規(guī)管系數K在氣體壓力p很低時仍可保持為常數，但離子流Ii隨壓力p降低而減小到一定限度后，將會埋
8、沒在電離計工作中不可避免地存在著的其它與壓力p無關的本底電流之中，因而達到其壓力測量下限pmin。這種本底電流包括X射線光電流等。按線性壓力范圍的不同，熱陰極電離真空計主要分三類： (1)普通型電離真空計(110-1lO-5Pa)； (2)超高真空電離真空計(110-1lO-8Pa，有的下限為10-10Pa)； (3)高壓力電離真空計(10210-3Pa)。,傳感器與電子探針中的應用,圖：熱陰極電離真空計原理圖,傳感器與電子探針中的應用,圖示出DL一2型普通型熱陰極電離規(guī)結構，其Ie=5mA，K=015Pa-1，線性壓力測量范圍是l10-110-5Pa。 由于不同氣體電離截面不同，所以電離規(guī)管
9、系數K與氣體種類有關，引入相對靈敏度S，概念，Sr=KKN2。 由于電離真空計是以N2校準的，若被測氣體非為N2，則電離真空計的讀數pread是被測氣體離子流所對應的等效氮壓力，非為真實壓力preal。若知道被測氣體相對靈敏度Sr時，其真實壓力為 preal=pread/Sr,,,傳感器與電子探針中的應用,X射線波長色散譜儀中各種元素特征X射線波長（角度傳感器） 以 R 為半徑的圓稱為 Rowlend 圓，也稱聚焦圓(對 X 射線聚焦)。電子束入射到樣品 S表面時，會產生反應樣品成分的特征 X射線，特征 X射線經晶體分光聚焦后，被 X射線計數管接收，如果樣品照射點到晶體的距離為 L，則 L=2
10、Rsin ,再由 Bragg 公式L=nR/d。因為 d (分光晶體面間距)和 R(羅蘭圓半徑：JCXA733 電子探針為 140mm))均為常數。n 為特征 X射線衍射級數，因此，晶體沿 L 直線運動時(L 改變)就可以測出不同元素所產生的特征 X射線波長 ,稱這種譜儀為直進式波譜儀。,傳感器與電子探針中的應用,X射線波長色散譜儀中X射線強度（電子傳感器）。 正比計數器用氣體作為工作物質，輸出脈沖幅度與初始電離有正比關系的粒子探測器，可以用來計數單個粒子，并根據輸出信號的脈沖高度來確定入射輻射的能量。這種探測器的結構大多采用圓柱形，中心是陽極細絲，圓柱筒外殼是陰極，工作氣體一般是隋性氣體和少
11、量負電性氣體的混合物。入射粒子與筒內氣體原子碰撞使原子電離，產生電子和正離子。在電場作用下，電子向中心陽極絲運動，正離子以比電子慢得多的速度向陰極漂移。電子在陽極絲附近受強電場作用加速獲得能量可使原子再電離。從陽極絲引出的輸出脈沖幅度較大，且與初始電離成正比。X射線測定過程如圖 814，由分光晶體產生的 X射線進入正比計數管，正比計數管出來的信號進入前置放大器（Preamp）和主放大器（AMP），并在單道分析器（SCA）中進行脈沖高度分析，單道分析器的輸出脈沖送雙道計數器計數，單道分析器及速率表的輸出信號,傳感器與電子探針中的應用,經過圖像選擇器(IMS)在 CRT 上顯示出一維(線輪廓)或二
12、維(X 射線像)的 X射線強度分布。,傳感器與電子探針中的應用,X射線能量色散譜儀中X射線光子的脈沖數-脈沖高度曲線 （模擬傳感器） 鋰漂移硅Si(Li)探測器是一種具有較大靈敏體積的一種半導體探測器，其靈敏區(qū)厚度可達5-6mm，可用于、射線和低能射線計數測量和能譜測量。不同元素發(fā)出的特性X射線具有不同頻率，即具有不同能量，當不同能量的X射線光子進入Si（Li）晶體激發(fā)的電子-空穴對N=E/，入射光子的能量不同，所激發(fā)的電子-空穴對數目也不同，電子-空穴對的數目N決定了探測器輸出地電壓脈沖高度，為了降低噪音，探測器用液氮冷卻，然后用前置放大器對信號放大，放大后的信號進入多道脈沖高度分析器， 把不同能量的 X射線光子分開來，并在輸出設備（如顯像管）上顯示出脈沖數脈沖高度曲線，縱坐標是脈沖數，與所分析元素含射線光子的能量和強度，從而得出所分析脈沖高度，與元素種類有關，這樣就可以測出 X元素的種類和含量,電子探針中傳感器的應用到此結束。,謝謝觀賞！,
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