Все матричные (полосовые) рентгеновские детекторы, используемые в дифрактометрах Tongda, работают в режиме счета одиночных фотонов и технологии гибридного счета фотонов (HPC). Основное отличие от традиционных детекторов заключается в том, что рентгеновские лучи непосредственно преобразуются в электрический заряд в кремниевом датчике (рис. 1). Затем сигнал обрабатывается в микросхемах считывания КМОП, которые непосредственно подключены к пикселям/полосам сенсора. Эта технология обладает существенным преимуществом исключая появление темнового тока или шума считывания и обеспечивает высокий динамический диапазон, короткое время считывания (< 0,1 мс), более высокую частоту кадров (до 1000* кадров/с) и превосходное пространственное разрешение (ширина канала 50 мкм). В линейке детекторов доступны три толщины кремниевых сенсоров (320 мкм, 450 мкм и 1000 мкм) и две длины полос (4 мм или 8 мм), сочетание данных параметров обеспечивает оптимальную квантовую эффективность для экспериментов в диапазоне энергий от 4 – 40 кэВ (рисунок 2, таблица 1). Однако детекторы могут использоваться для более высоких энергий рентгеновского излучения с более низкой эффективностью.
*Частота кадров до 1000 Гц возможна только для MYTHEN2 серии X (для синхротронных применений).
**Для оптимизации отношения сигнал/шум энергии до 4 кэВ могут быть достигнуты только при конфигурации датчика: толщина 320 мкм и длина полосы 4 мм (таблица 1).
Рис. 1. Принцип прямого детектирования рентгеновских лучей в HPC технологии, прямое преобразование рентгеновского излучения в электрический заряд в пикселе сенсора.
Рис. 2. Квантовая эффективность как функция от регистрируемой энергии для сенсоров различной толщины.
HPC технология позволяет проводить прямую регистрацию x-ray излучения, преобразуя его в электрический заряд. Для реализации используются специализированные полупроводниковые сенсоры и микросхемы считывания. В сравнении с традиционными x-ray детекторами, существенным преимуществом HPC технологии является оптимизация детектора для регистрации x-ray излучения с превосходной квантовой эффективностью в широком диапазоне энергий. Кроме того, миниатюризация полосовых каналов регистрации и внутренних соединений привела к сильному уменьшению емкостей, и дало возможность существенно уменьшить шумы и потребление энергии считывающими микросхемами. Использование отработанной КМОП технологии для производства детекторов позволяет быть уверенными в качестве и стабильности предлагаемых решений.
| MYTHEN2 | 1K | 1D |
| Количество полос, шт | 1280 | 640 |
| Толщина сенсора, мкм | 320, 450, 1000 | 320, 450 |
| Толщина полосы, мкм | 50 | |
| Длина полосы, мм | 8 | 8 (450мкм) |
| 4 (320мкм) | ||
| Динамический диапазон, бит | 24 | |
| Диапазон энергий, кЭв | 4-40* | |
| Время считывания, мкс | 89 | |
| Частота, Гц | 100 | |
| Разрешение по энергии, эВ | 687 | |
| Возможность работы в вакууме | Да | |
| Тип охлаждения | Воздушное | |
| Размеры, мм | 70х62х22 | 38х62х22 |
| Вес, г | 180 | 100 |
| Контроллер размеры, мм | 110х30х60 | |
| Контроллер вес, г | 400 | |
.png)