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1、電子探針中傳感器的應(yīng)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(yīng)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(cè)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(jù),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)鞲衅鳌⒛芎膫鞲衅?、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(dá)傳感器 按照其原理，傳感器可分類為：振動(dòng)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(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：模擬傳感器數(shù)字
2、傳感器膺數(shù)字傳感器開關(guān)傳感器,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,霍爾傳感器檢測(cè)入射電子束的電流密度 在半導(dǎo)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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，將產(chǎn)生電勢(shì)差為UH的霍爾電壓根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 霍爾電流傳感器電路圖如下,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,俄歇電子能譜儀檢測(cè)俄歇電子的能量 俄歇電子能譜儀工作原理：當(dāng)一個(gè)具有足夠能量的入射電子使原子內(nèi)層
3、電離時(shí)，該空穴立即就被另一電子通過L1K躍遷所填充。這個(gè)躍遷多余的能量EK-EL1如使L2能級(jí)上的電子產(chǎn)生躍遷，這個(gè)電子就從該原子發(fā)射出去稱為俄歇電子。這個(gè)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(huì)有KL1L1、LM1M2、MN1N1等等。 從上述過程可以看出，至少有兩個(gè)能級(jí)和三個(gè)電子參與俄歇過程，所以氫原子和氦原子不能產(chǎn),傳感器與電子探針中的應(yīng)用,生俄歇電子。但是在固體中價(jià)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(jí)，因而帶有元素原子的能量特征，因此，俄歇電子信號(hào)適用于表面成
4、分分析（如晶界、相界等相關(guān)界面）。,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,閃爍計(jì)數(shù)器檢測(cè)二次電子信號(hào)強(qiáng)度、背散射電子信號(hào)強(qiáng)度、透射電子信號(hào)強(qiáng)度 閃爍計(jì)數(shù)器是粒子通過介質(zhì)引起介質(zhì)原子或分子或激發(fā)再退激發(fā)的光輻射探測(cè)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(duì)粒子的探測(cè)效率高，時(shí)間分辨率和空間分辨率好，不僅可以給出粒子通過的信號(hào)，還可以通過對(duì)光信號(hào)的幅度分析測(cè)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(cè)出粒子通過它們的時(shí)間差來測(cè)定穿過它們粒子的速度，從而給出粒子質(zhì)量.它在高能物理實(shí)驗(yàn)中是最廣泛應(yīng)用的探測(cè)器，在快觸發(fā)選擇中更
5、是必不可少的.閃爍體按化學(xué)性質(zhì)分為有機(jī)和無機(jī)兩種。二次電子產(chǎn)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(yīng)用,電子探針中，背散射電子的產(chǎn)額對(duì)樣品的原子序數(shù)敏感，對(duì)樣品形貌也敏感，主要反映微區(qū)成分特征，同時(shí)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(jì)數(shù)器檢測(cè)，其強(qiáng)度取決于電子束作用區(qū)的厚度、成分和結(jié)構(gòu)。,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,熒光分析儀檢測(cè)陰極熒光光強(qiáng)度 （光敏傳感器）。 陰極熒光產(chǎn)生的物理過程對(duì)雜志和缺陷的特征十分敏感，因此，是用來檢測(cè)雜質(zhì)和缺陷的有效方法，常用于鑒定物相、雜質(zhì)和缺陷分布。,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,電離真空計(jì)檢測(cè)真空度 電子
6、在電場(chǎng)中飛行時(shí)從電場(chǎng)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(chǎn)生正離子和次級(jí)電子。其電離幾率與電子能量有關(guān)。電子在飛行路途中產(chǎn)生的正離子數(shù)，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(jù)離子電流的大小指示真空度。這就是電離真空計(jì)工作原理。 由燈絲加熱提供電子源的電離真空計(jì)稱為熱陰極電離真空計(jì)，其型式繁多，各具不同特點(diǎn)和適用不同的壓力測(cè)量范圍。 熱陰極電離真空計(jì)由測(cè)量規(guī)管(或規(guī)頭)和電氣測(cè)量電路(真空計(jì)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(zhuǎn)換成電量離子電流。熱陰極電離真空計(jì)規(guī)管的基本結(jié)構(gòu)主要包括三個(gè)電極：,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,(1)提供
7、一定數(shù)量電子流Ie的燈絲F(陰極)；(2)產(chǎn)生電子加速場(chǎng)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(duì)陰極為負(fù)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(shù)，單位為Pa-1 在一定壓力范圍內(nèi)K為一常數(shù)，若保持發(fā)射電子流I，為一恒量時(shí)，則離子流Ii與壓力p呈線性關(guān)系 當(dāng)壓力高到某一值時(shí)，K值會(huì)隨壓力p而變化，這就達(dá)到了壓力線性測(cè)量上限pmax，它由電極的幾何結(jié)構(gòu)、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(yīng)用,規(guī)管系數(shù)K在氣體壓力p很低時(shí)仍可保持為常數(shù)，但離子流Ii隨壓力p降低而減小到一定限度后，將會(huì)埋
8、沒在電離計(jì)工作中不可避免地存在著的其它與壓力p無關(guān)的本底電流之中，因而達(dá)到其壓力測(cè)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(jì)主要分三類： (1)普通型電離真空計(jì)(110-1lO-5Pa)； (2)超高真空電離真空計(jì)(110-1lO-8Pa，有的下限為10-10Pa)； (3)高壓力電離真空計(jì)(10210-3Pa)。,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,圖：熱陰極電離真空計(jì)原理圖,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,圖示出DL一2型普通型熱陰極電離規(guī)結(jié)構(gòu)，其Ie=5mA，K=015Pa-1，線性壓力測(cè)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(shù)K與氣體種類有關(guān)，引入相對(duì)靈敏度S，概念，Sr=KKN2。 由于電離真空計(jì)是以N2校準(zhǔn)的，若被測(cè)氣體非為N2，則電離真空計(jì)的讀數(shù)pread是被測(cè)氣體離子流所對(duì)應(yīng)的等效氮壓力，非為真實(shí)壓力preal。若知道被測(cè)氣體相對(duì)靈敏度Sr時(shí)，其真實(shí)壓力為 preal=pread/Sr,,,傳感器與電子探針中的應(yīng)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(duì) X 射線聚焦)。電子束入射到樣品 S表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)樣品成分的特征 X射線，特征 X射線經(jīng)晶體分光聚焦后，被 X射線計(jì)數(shù)管接收，如果樣品照射點(diǎn)到晶體的距離為 L，則 L=2
10、Rsin ,再由 Bragg 公式L=nR/d。因?yàn)?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(shù)。n 為特征 X射線衍射級(jí)數(shù)，因此，晶體沿 L 直線運(yùn)動(dòng)時(shí)(L 改變)就可以測(cè)出不同元素所產(chǎn)生的特征 X射線波長 ,稱這種譜儀為直進(jìn)式波譜儀。,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,X射線波長色散譜儀中X射線強(qiáng)度（電子傳感器）。 正比計(jì)數(shù)器用氣體作為工作物質(zhì)，輸出脈沖幅度與初始電離有正比關(guān)系的粒子探測(cè)器，可以用來計(jì)數(shù)單個(gè)粒子，并根據(jù)輸出信號(hào)的脈沖高度來確定入射輻射的能量。這種探測(cè)器的結(jié)構(gòu)大多采用圓柱形，中心是陽極細(xì)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(fù)電性氣體的混合物。入射粒子與筒內(nèi)氣體原子碰撞使原子電離，產(chǎn)生電子和正離子。在電場(chǎng)作用下，電子向中心陽極絲運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)電場(chǎng)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(cè)定過程如圖 814，由分光晶體產(chǎn)生的 X射線進(jìn)入正比計(jì)數(shù)管，正比計(jì)數(shù)管出來的信號(hào)進(jìn)入前置放大器（Preamp）和主放大器（AMP），并在單道分析器（SCA）中進(jìn)行脈沖高度分析，單道分析器的輸出脈沖送雙道計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，單道分析器及速率表的輸出信號(hào),傳感器與電子探針中的應(yīng)用,經(jīng)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(qiáng)度分布。,傳感器與電子探針中的應(yīng)用,X射線能量色散譜儀中X射線光子的脈沖數(shù)-脈沖高度曲線 （模擬傳感器） 鋰漂移硅Si(Li)探測(cè)器是一種具有較大靈敏體積的一種半導(dǎo)體探測(cè)器，其靈敏區(qū)厚度可達(dá)5-6mm，可用于、射線和低能射線計(jì)數(shù)測(cè)量和能譜測(cè)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(dāng)不同能量的X射線光子進(jìn)入Si（Li）晶體激發(fā)的電子-空穴對(duì)N=E/，入射光子的能量不同，所激發(fā)的電子-空穴對(duì)數(shù)目也不同，電子-空穴對(duì)的數(shù)目N決定了探測(cè)器輸出地電壓脈沖高度，為了降低噪音，探測(cè)器用液氮冷卻，然后用前置放大器對(duì)信號(hào)放大，放大后的信號(hào)進(jìn)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(shè)備（如顯像管）上顯示出脈沖數(shù)脈沖高度曲線，縱坐標(biāo)是脈沖數(shù)，與所分析元素含射線光子的能量和強(qiáng)度，從而得出所分析脈沖高度，與元素種類有關(guān)，這樣就可以測(cè)出 X元素的種類和含量,電子探針中傳感器的應(yīng)用到此結(jié)束。,謝謝觀賞！,
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