光电探测器原理
光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料 内部轰击出来，而只是将光电材料内部的光 电子从低能态激发到高能态。于是在低能态 留下一个空位——空穴，而高能态产生一个 自由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。 一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多
LCMS谱图的判断及分析方法的确定 一、LCMS谱图的相关标准及MS棒图判断： a)LCMS合格谱图的标准： 1、UV谱图主峰的保留时间应大于2T (进样峰时间)，并小于全部运行时间的4/5； 2、UV谱图的吸收波长以客户指定波长为准（一般为220nm），弱紫外样品（紫外吸 收在220nm是波谷，MS信号相对较强）可用ELSD谱图交货或以客户要求为准； 3、UV谱图主峰吸收一般应高于100mau。 对信噪比良好的样品，可以适当降低峰 高要求到高于50mau， 当所有可见的UV峰都积分后仍合格的，可认为合格； 4、UV谱图中，主峰理论塔板数在10000以上（即峰宽小于0.5分钟），峰对称因 子应在0.9-1.2（即对称性较好）。 5、MS谱图应保证准分子离子峰可见，其它峰是二聚峰，以及合理的碎片或加合峰。 6、MS范围：通常在100-1000之间，对分子量很小或很大的样品，应调整MS范围， 保证最大值超过2M+23， 最小值小于M/2。 7、紫外积分超过2%的杂质，如果杂质的MS和主峰一致，需检查结构是否有异构 体。如客户确认有异构体并同意可以合并纯度交货，方能判断合格，否则应重 新分离或用其它手段如NMR确定结构。 8、紫外无积分或积分结果小于1%的色谱峰，在TIC中峰高不得超过主峰的1/2。 （特殊情况除外：难电离样品；Agilent LCMS TIC中杂质绝对吸收小于50000） b)MS棒图的判断（正离子检测）： 1、MS谱图中分子离子峰的值应为：EM+1（Exact Mass）(即[M+H]+) 2、常见的合理的加合离子有：[M+Na]+、[M+K]+、[2M+H]+、[2M+Na]+、[M/2+H]+ 3、加有缓冲溶液或溶剂的体系还可引进[M+X]+（X=溶剂或缓冲溶液中的阳离子） 如：用碱性体系方法分析时常见的加合离子有：[M+NH 4 ]+（我们的碱性体系用的铵盐缓冲溶液）（用岛津仪器分析时常可见到的加合离子还有：[M+Na+X]+） 4、若有小于分子离子峰的碎片离子，要根据化合物结构来判断是否是其合理的碎 片，碎片M 1所出碎片峰的MS值应为M 1 或M 1 +2（出M 1 还是M 1 +2由断裂机理决定） 5、同位素效应：一般带Cl或Br的样品，棒图中同位素效应比较明显（见附图）；
第五章谱分析 第一节：谱分析的定义及目的 第二节：基本概念和术语的理解 第三节：如何进行响应谱分析 第一节：谱分析的定义及目的 什么是谱分析？ 它是模态分析的扩展，用于计算结构对地震及其它随机激励的响应。 它在进行下述设计时要用到谱分析： - 建筑物框架及桥梁 -太空船部件 - 飞机部件 - 承受地震或其他不稳定结构或部件 谱分析的一种代替方法是进行瞬态分析，但是： -瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变化载荷的分析； -在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取得很小，因而费时且昂贵。 第二节：基本概念和术语的理解 主题包括： 频谱的定义 响应谱如何用于计算结构对激励的响应： -参与系数 -模态系数 -模态组合 什么是频谱？ 用来描述理想化系统对激励响应的曲线，此响应可以是加速度、速度、位移和力。
例如：安装于振动台上的四个单自由度弹簧质量系统，它们的频率分别是f1，f2，f3及f4，而且f1 数据处理与能谱分析 随着计算机技术的发展，利用计算机处理实验数据也越来越常见，随之如来就产生了许多的软件如：Matlab 、Excel、CAD等等，但一般这些软件在处理物质放射性衰变时都比较繁琐，因此在处理放射性物质衰变时的数据时，就必须自己依照其规律制作数据处理软件来探究该物质的各种性质，从而来确定该物质的类型以及其运用。 我们要使用C++平台和C语言来制作软件及编写对应的响应函数，在进行实验时我们把我们利用专业仪器测得的数据按照要求记录并保存在一个TXT文件中，使用C语言来编写程序对文件里的数据进行读写和操作；例如：调用文件打开函数(fopen)和关闭函数(fclose)语句来对文件进行打开和关闭处理，调用读写语句对文件内的数据进行察看和编写fscanf(fp,”%d %d”,&I,&t)、fprintf(fp,”%d %d”,I,t)。 制作EXE软件来对数据进行图谱显示： 在相应的操作界面放置相应的显示框图和对应的按钮，如下图 然后给框图和按钮赋地址，并添加相应的变量和相应函数。最后组建编译运行。软件运行后先点击数据读写按钮在点击原始图谱按钮最后点击五点平滑按钮就得到了该物质数据图谱。如下图所示： 注：横坐标为道址、纵坐标为计数率 添加相应的数据输出框和按钮如：峰值、道值、面积。最后再添加相应的响应函数，再编译运行。得到如下图所示的图谱： 至此我们利用C语言对数据处理和能谱分析已经结束，最后我们在根据图谱的形状、峰值、道值以及各个部分的面积来确定物质衰变的 性质和物质本身的性质，最终来确定放射性物质的用途。 附件：部分响应函数 数据读写程序： void CShiyanDlg::OnReadfile() { // TODO: Add your control notification handler code here FILE *fp; int datanum=0; int i; int data1,data2; if((fp=fopen("090623.txt","r"))==NULL) { printf("Cannot open the file.\n"); exit(0); } while(!feof(fp)) { fscanf(fp,"%d %d",&data1,&data2); data[datanum++]=data2; fscanf(fp,"\n"); } for(i=0;i<2048;i++) { if( i<2||i>2045) data_ph[i]=data[i]; else data_ph[i]=(data[i-2]+4*data[i-1]+6*data[i]+4*data[i+1]+data[i+2])*1.0/16.0; printf("%d %f\n",i+1,data_ph[i]); } fclose(fp); if((fp=fopen("out.txt","w"))==NULL) { printf("file open error.\n"); exit(0); } for(i=0;i<2048;i++) { fprintf(fp,"%d %f\n",i+1,data_ph[i]); } fclose(fp); } 原始图谱响应函数： void CShiyanDlg::OnYuantu() { // TODO: Add your control notification handler code here double xViewport,yViewport; 光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应 的入射光子并不直接将光电子从光电材料内 部轰击出来，而只是将光电材料内部的光电 子从低能态激发到高能态。于是在低能态留 下一个空位——空穴，而高能态产生一个自 由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多 半导体光电探测器 摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的结构和工作原 理，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。 关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器 Semiconductor photoelectric detector Abstract：This paper introduces the composition of photoelectric and system, the structure and working principle of some semiconductor photoelectric detector，finally describes the distinction of photoconductive detector and photovoltaic detector. Key words：semiconductor photoelectric detector，photoelectric system，photoconductive detector，photovoltaic detector 引言 光电探测器是一种受光器件，具有光电变换功能。光敏器件的种类繁多，有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等；有雪崩型的及非雪崩型的；有PN结型、PIN结型及异质结型的等。由于光电探测器的响应速度快，体积小，暗电流小，使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。 半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。 半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种。光电导型是指各种半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包括光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等。本文首先介绍了光电系统的组成，然后分别介绍了各元件的结构和工作原理，最后将这两类探测器进行比较。 一、光电子系统的组成 现代光电子系统非常复杂，但它的基本组成可用图1-1-1来说明：待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去。发射光学系统又称为发射天线，因为光波是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同。发送出去的光信号经过传输介质，如大气等，到达接收端，由接收光学系统或接收天线将光聚焦到 钢铁看谱分析讲义 天津市新天光分析仪器技术有限公司（天津市光学仪器厂） 看谱分析法: 一、固定电极的选择： 分析合金钢中常见合金元素常采用纯铜固定电极，分析铜及其它有色金属时一般使用纯铁固定电极或碳棒固定电极。 二、分析条件： 1)激发光源：一般常见金属元素采用电弧光源，分析硅等难激发元素采用 火花光源。 2)电极距离：分析试样与固定电极之间的距离一般在2-3mm左右。 三、谱线的识别： 光谱的不同部分有着不同的颜色区别，每一颜色的谱线有着不同的排布及不同的亮度，仔细观察光谱时，在整个光谱中还能找到一些特征性比较明显得特征线组，记住这些特征组合后，个别谱线的查找也就比较方便了。 铁光谱是看谱分析最基本的光谱图，无论分析钢铁还是有色金属一般都离不开它。对铁谱的识别与熟悉是进行看谱分析的重要步骤。一个熟练的看谱分析工作者必定能熟记铁谱，并运用它来简便地识别其它元素的谱线或利用铁谱线的强度作比较进行元素含量的测定。它是测定其它元素谱线波长的一把特殊标尺。初学者应不惜花费时间，集中精力尽快的掌握和熟识铁谱线。 四、铁特征谱图 1)紫色区： 特征为相当亮的三条谱线，第一第二亮线之间的距离，为第二至第三条之间距离的两倍。三条线的波长为：438.35nm、440.47nm、441.51nm。钒线和铬线在附近出现。 特征：三条明晰较亮的谱线，三条线中间一条最亮，三条线的波长为：452.52nm、452.86nm、455.12nm。 3)兰绿色区： 特征：三组明亮的双线，波长依次为487.13nm、487.21nm、489.07nm、489.15nm、491.90nm、492.05nm。钨、镍、钴、钒、铬、钛线在附近出现。 4)绿色区： 特征：两对明晰的双线组，两对双线附近，无明显得谱线出现，两对线组的波长为504.11nm、504.18nm、504.98nm、504.16nm，钛、钨、镍线在附近出现。 A5000气相色谱工作站分析报告 样品信息： 样品名称: 乙酸乙酯、甲苯盲样样品编号: 样品来源: 省职防院邮寄采样人: 稀释倍数: 0.0 样品量: 0.0 含量单位: 取样时间: 仪器条件： 仪器名称: 气相色谱仪柱子型号: FFAP 检测器: FID 积分参数： 最小值: 10.00 漂移: 0.02 mV/min 噪声: 0.05 mV 最小峰宽: 2.00 S 相对窗宽: 5% 计算方式: 峰面积 色谱条件： 柱箱温度: 50 (℃)程序升温载气流速: 30 (ml/min) 检测器温度: 130 (℃)空气流速: 300 (ml/min) 气化室温度: 200 (℃)氢气流速: 30 (ml/min) 谱图： 分析结果： 定量方法：外标法 序号组分名保留时间峰面积峰高含量峰型 1 二硫化碳 3.91 9726895 366254 9726895 BB 2 乙酸乙酯0.00 0 0 0.000000 BB 3 甲苯0.00 0 0 0.000000 BB 谱图： 分析结果： 定量方法：归一法 序号组分名保留时间峰面积峰高含量峰型 1 二硫化碳 3.87 9287219 363551 9287219 BB 2 乙酸乙酯 5.40 67436 4449 25.265 BB 3 甲苯8.2 4 63476 13403 8.777 B B 谱图： 分析结果： 定量方法：外标法 序号组分名保留时间峰面积峰高含量峰型 1 二硫化碳 3.88 9515607 362744 9515607 BB 2 乙酸乙酯 5.42 68086 4510 25.508 B B 3 甲苯8.25 58293 13600 8.061 BB 谱图： 分析结果： 定量方法：外标法 序号组分名保留时间峰面积峰高含量峰型 1 二硫化碳 3.88 9231735 354067 9231735 BB 2 乙酸乙酯 5.41 67415 4556 25.256 B B 3 甲苯8.25 59548 13601 8.235 BB 谱图： 能谱分析仪（EDS） 能谱分析仪（EDS）是微区成份分析的主要手段之一。通常EDS检测限为0.1%-0.5%（元素含量）。EDS的能量分辨率：～130eV。 图1 EDS 1、主要有以下特点： 1）、能快速、同时对各种试样的微区内Be-U的所有元素，元素定性、定量分析，几分钟即可完成。 2）、对试样与探测器的几何位置要求低，可以在低倍率下获得X射线扫描、面分布结果。 3）、能谱所需探针电流小：对电子束照射后易损伤的试样，例如生物试样、快离子导体试样、玻璃等损伤小。 4）、检测限一般为0.1%－0.5%，中等原子序数的无重叠峰主元素的定量相误差约为2%。 2、EDS分析方法----点分析法 电子束（探针）固定在试样感兴趣的点上，进行定性或定量分析。该方法准确度高，用于显微结构的成份分析，对低含量元素定量的试样，只能用点分析。 图2 某试样EDS点分析 3、EDS的分析方法－线扫描分析 电子束沿一条分析线进行扫描时，能获得元素含量变化的线分布曲线。结果和试样形貌像对照分析，能直观地获得元素在不同相或区域内的分布。 图3 某试样线扫表分析 4、EDS的分析方法－面分布 电子束在试样表面扫描时，元素在试样表面的分布能在屏幕上以亮度（或彩色）分布显示出来（定性分析），亮度越亮，说明元素含量越高。研究材料中杂质、相的分布和元素偏析常用此方法。面分布常常与形貌对照分析。 图5-a 某试样EDS检测(未镀膜） 图5-b 某试样EDS检测（镀膜）5、定量分析对试样的要求 1）样品在真空和电子束轰击下要稳定; 2）高准确度的分析时,要求试样分析面平、垂直于入射电子束; 图6 不同入射角度对比图 一`光电探测器 第一节 光辐射探测器的主要指标 光信号的探测是光谱测量中的重要一环，在不同的场合和针对不同的目的所采用的探测器也不同，最重要的考虑是探测器的应用波长范围、探测灵敏度以及响应时间。光探测器是将光辐射能转变为另一种便于测量的物理量的器件，它的门类繁多，一般来说可以按照在探测器上所产生的物理效应，分成光热探测器、光电探测器和光压探测器，光压探测器使用得很少。本章将着重介绍光谱学测量中常用的探测器。 光热探测器是探测元件吸收光辐射后引起温度的变化，例如光能被固体晶格振动吸收引起固体的温度升高，因此对光能的测量可以转变为对温度变化的测量。这种探测器的主要特点是：具有较宽的光波长响应范围，但时间响应较慢，测量灵敏度相对也低一些，经常用于光功率或光能量的测量。 光电探测器是将光辐射能转变为电流或电压信号进行测量，是最常使用的光信号探测器。它的主要特点是：探测灵敏度高，时间响应快，可以对光辐射功率的瞬时变化进行测量，但它具有明显的光波长选择特性。光电探测器又分内光电效应器件和外光电效应器件，内光电效应是通过光与探测器靶面固体材料的相互作用，引起材料内电子运动状态的变化，进而引起材料电学性质的变化。例如半导体材料吸收光辐射产生光生载流子，引起半导体的电导率发生变化，这种现象称为光电导效应，所对应的器件称为光导器件；又如半导体PN 结在光辐照下，产生光生电动势，称为光生伏特效应，利用这种效应制成的器件称为光伏效应器件。 外光电效应器件是依据爱因斯坦的光电效应定律，探测器材料吸收辐射光能使材料内的束縛电子克服逸出功成为自由电子发射出来。 P k E h E -=ν ---------------------------------- (2.1-1) 上式中 νh 是入射光子的能量，E p 是探测器材料的功函数，即光电子的逸出功，E k 是光电子离开探测器表面的动能。这种探测器有一个截止频率和截止波长C ν和C λ： h p E c = ν , () ()nm eV E E hC p p C 1240= = λ --------(2.1-2) 闪烁体、半导体、电离室三大类探测器比较（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。 碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。此外，它不易潮解，也不易氧化。但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。 锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。对0.511MeVγ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。价格高。硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。 laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。液体闪烁体：对脉冲形状甄别的性能极好，主要用于强γ场中测量快中子，也常用于测量低能弱β射线的发射率。测量β辐射和中子大都选用塑料闪烁体，也可采用有机液体闪烁体； 测量α辐射一般用ZnS（Ag）闪烁体；BGO闪烁体适用于测量低能x射线和高能γ射线；NaI(TI)主要用于探测γ射线。检测3H和14C等放射源的低能β辐射的微弱放射性活度，经常使用液体闪烁体。 （半导体）高纯锗探测器：普遍用于γ射线谱仪中。硅探测器对γ射线的探测效率 很低，锗探测器使用时需要在液氮温度下冷却，这是由于他们的原子序数低和禁带宽度很窄 第十四章 X-射线光电子能谱法 14．1 引言 X-射线光电子谱仪（X-ray Photoelectron Spectroscopy，简称为XPS），经常又被称为化学分析用电子谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称为ESCA），是一种最主要的表面分析工具。自19世纪60年代第一台商品化的仪器开始，已经成为许多材料实验室的必不可少的成熟的表征工具。XPS发展到今天，除了常规XPS外，还出现了包含有Mono XPS (Monochromated XPS, 单色化XPS，X射线源已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源), SAXPS ( Small Area XPS or Selected Area XPS, 小面积或选区XPS，X射线的束斑直径微型化到6μm) 和iXPS（imaging XPS, 成像XPS）的现代XPS。目前，世界首台能量分辨率优于1毫电子伏特的超高分辨光电子能谱仪（通常能量分辨率低于1毫电子伏特）在中日科学家的共同努力下已经研制成功，可以观察到化合物的超导电子态。现代XPS拓展了XPS的内容和应用。 XPS是当代谱学领域中最活跃的分支之一，它除了可以根据测得的电子结合能确定样品的化学成份外，XPS最重要的应用在于确定元素的化合状态。XPS可以分析导体、半导体甚至绝缘体表面的价态，这也是XPS的一大特色，是区别于其它表面分析方法的主要特点。此外，配合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。XPS表面分析的优点和特点可以总结如下： ⑴固体样品用量小，不需要进行样品前处理，从而避免引入或丢失元素所造成的错误分析 ⑵表面灵敏度高，一般信息采样深度小于10nm ⑶分析速度快，可多元素同时测定 ⑷可以给出原子序数3-92的元素信息，以获得元素成分分析 ⑸可以给出元素化学态信息，进而可以分析出元素的化学态或官能团 ⑹样品不受导体、半导体、绝缘体的限制等 ⑺是非破坏性分析方法。结合离子溅射，可作深度剖析 目前，XPS主要用于金属、无机材料、催化剂、聚合物、涂层材料、纳米材料、矿石等各种材料的研究，以及腐蚀、摩擦、润滑、粘接、催化、包覆、氧化等过程的研究，也可以用于机械零件及电子元器件的失效分析，材料表面污染物分析等。 14.2 基本原理 XPS方法的理论基础是爱因斯坦光电定律。用一束具有一定能量的X射线照射固体样品，入射光子与样品相互作用，光子被吸收而将其能量转移给原子的某一壳层上被束缚的电子，此时电子把所得能量的一部分用来克服结合能和功函数，余下的能量作为它的动能而发射出来，成为光电子，这个过程就是光电效应。 该过程可用下式表示: hγ=E k+E b+E r（14.1） 式中: hγ：X光子的能量（h为普朗克常数，γ为光的频率）； 半导体探测器与气体探测器性能分析6 精品好文档，推荐学习交流 半导体探测器与气体探测器 性能分析 作者姓名：孟庆彦 专业名称：核工程与核技术 指导教师：李泰华教授 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢24 摘要 辐射粒子探测器是粒子物理、核物理、放射性测量等领域研究的重要仪器，可以有效地保证财产和人身安全，而且广泛应用于国民经济和国防等多种领域。气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器是近几十年来先后发展起来的三类主要探测器。 文中详细介绍了半导体探测器和气体探测器的原理，并对相关的设备仪器和放射源做了简短的介绍。Si-PIN半导体探测器可以探测到55Fe衰变放射的X射线，气体探测器里面含有238Pu放射源，继续使用55Fe作为样品，会影响探测器的性能，因此使用锰粉和淀粉配置的样品代替，实验需要进行样品的研磨与压片。分别使用探测器对X 射线进行测量并用能谱仪分析能谱，主要研究两种探测器的相关性能，了解它们各自的能量分辨率及其使用范围，目的在于加强对两种探测器的能量分辨率的认识，给人们在以后的工作和学习中一个有益的指导。 关键词：半导体探测器气探测器能量分辨率 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢24 Abstract Radiation particle detector is an important instrument of the research in the field of particle physics, nuclear physics, radioactivity measurements, can effectively ensure the property and personal safety, and are widely used in a variety of areas of the national economy and national defense. Gas, scintillation and semiconductor detectors have been developed three main types of detectors in recent decades. The principle of semiconductor detectors and gas detectors is described in this paper; a brief to the associated apparatus and radioactive sources is introduced. Si-PIN semiconductor detector can detect the X-ray radiation from55Fe,gas detectors contain 238Pu sources, so use 55Fe as a sample can affect the performance of the detector and use manganese powder and starch samples instead of them, the experiment need to grinding and tabletting sample. The X-ray were measured and analyzed by detector separately and spectrometer was analyzed by energy spectrum, mainly studies two kinds of relative performance, understand their energy resolution and its use range, the principal purpose is to enhance the understanding of the energy resolution of the two detectors, give people a useful guidance for future work and learning. Keywords:semiconductor detector, gas detectors, energy resolution 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢24 第四章看谱分析 §4—2 识谱 识别谱线常用如下三种办法： (一)利用色散曲线寻找谱线的粗略位置； (二)利用铁谱图，精确地判断欲测谱线在光谱中的位置； (三)激发标样或已知成分及含量的样品，进行验证。 一、色区波长概念与可见度 可见光域按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫次序排列的光谱。 表4—1 色区与波长关系 对应波长： ↓↓↓↓↓↓↓ 3900? 4400?4700? 4950? 5840? 6000? 6400? (一)色散曲线的制作 从看谱镜视场中,找出几条已知波长的谱线(铁谱线或其他原色的谱线),记下它们所 对应的鼓轮刻度的读数,以刻度为横坐标,以波长为纵坐标,连接各个坐标点,即得到 这台仪器的色散曲线。 (二)色散曲线的应用 寻找谱线更方便。（波长、鼓轮刻度读数相对应，但存在机械误差。） 三、铁的特征谱线及谱图（Fe） 在识谱时，一般是以铁的光谱线波长为标准，来确认其他元素的谱线，看谱分析也是一样。 表4—4 铁在紫色区域的特征光谱 1)紫色 特征：相当亮的三条谱线，组成一组铁在紫色区的特征光谱。 位置：4383.55 4404.75 4415.13 表4—5 铁在蓝色区域的特征光谱 2)蓝色 特征：最明显的是三条很强的铁线单独存在。 位置：4525.15 4528.62 4531.15 表4—6 铁在青色区域的特征光谱 3)青色 特征：清楚的三组明亮的单线，双线组成的特征光谱 位置：4859.75(单线) 4871.33、4872.15(双线) 4878.22(单线) 4890.17、4891.50(双线) 4903.32(单线) 4919.00、4920.51(双线) 表4—7 铁在绿色区域的特征光谱 4)绿色 特征：清楚地排列着五条强度相近的谱线。 位置：5065.20 5068.78 5074.76 5079.23 5083.34 表4—8 铁在绿色区域的特征光谱 5)绿色 特征：两条亮线，两条间隔很近的谱线、四条等距离亮线组成的光谱。 位置：5324.18、5328.53 (两条亮线) 5339.94、5341.03 (两条间隔很近的谱线) 5364.88、5367.46、5369.96、5371.49 (四条等距离的亮线) 表4—9 铁在黄绿色区域的特征光谱 6)黄绿色 特征：两边各有一组三线系，中间排列着许多强度不等的弱的谱线。 位置：5497.52 5501.47 5506.78 5569.635572.85 5576.11 表4—10 铁在橙色区域的特征光谱 7)橙色 特征：三条铁谱线和三条锰线密集地排列在一起，组成橙色区的特征光谱。 位置：Fe 6020.18 6024.06 6027.06 Mn 6029 6030 ? 表4—11 铁在红色区域的特征光谱 8)红色 特征：五条明显的亮线等距离地排列，组成红色区的特征光谱。 位置：6393.60 6400.02 6411.66 6421.36 6430.85 半导体探测器总结与展望 4.1.1 碲锌镉探测器探头分析 本次实验的关键是碲锌镉探测器探头的成功组装。本次实验所设计的碲锌镉探测器探头由四部分组成：碲锌镉晶体、探针、8X8路信号引出PCB板以及工业塑料固定框架。本次实验主要研究的是2.5mm X2.5mm的大像素碲锌镉晶体、MP85HF/28G-5.8mm型号的探针以及大像素8X8路信号引出PCB板所组装的大像素碲锌镉探测器。探测器探头的成功组装取决于探针一端要与碲锌镉晶体阳极像素对齐，另外一端要与8X8路信号引出PCB板中心的方形引脚对其。如果探针的一端与碲锌镉阳极像素间隙或者与8X8路信号引出PCB板中心的引脚间隙连接，那么将严重影响输出信号的质量，也就是说该探测器探头的组装是失败的。因此在组装过程中要时刻注意探针的位置。 4.1.2 前段电子学电路分析 对碲锌镉探测器探头输出的64路核信号要进行一系列的处理，本实验运用了三种前段电子学电路：二维电阻阵列电路、低噪声电荷灵敏前置放大器A250以及滤波放大器。由于碲锌镉晶体存在加工工艺和边缘效应等因素，严重影响核信号的输出，为了降低这种影响本实验设计了二维电阻阵列电路，从而使碲锌镉探测器探头所输出的核信号更理想。由于存在噪声，特别是对低能射线源进行测量时，噪声对信号有很大的影响，为了降低噪声对核信号的影响实验中使用了Amptek 公司设计生产的低噪声电荷灵敏前置放大器A250进行实验。本实验的滤波放大器能将低噪声前置放大器A250输出的信号进行再次滤波放大成型，使信号能够放大30倍。 4.1.3 自身的提高 通过本次毕业实验，我不仅学到了很多新的知识例如：使用Altium designer 软件制作电路板、焊接电路板、碲锌镉半导体晶体、组装探测器等，而且对以前学过的理论知识进行了巩固、应用和升华例如：电子线路、核电子学、半导体探测器等。本次毕业实验让我今后受益匪浅，它将是我人生中最亮丽的篇章之一。 4.2 展望 如何使用看谱镜进行看谱分析 点击次数：179 发布时间：2011-1-17 标题：如何使用看谱镜进行看谱分析 看谱分析是通过人的眼睛来观察光谱进行分析的方法，所以看谱分析只能应用在人眼对光能够感受的光谱段，即可见光谱区。其波长约390~700nm。光的实质是一种电磁波，和无线电波等的区别是在于频率不同或波长不同。我们将各种电磁波波长次序排列。则为：(由短到长) 宇宙线；r线；x线；紫外线；可见光；红外线；无线电波。 人眼能感受的光为可见光，包括390~700nm的各波长，人眼对不同波长的光感觉为不同的颜色，各种颜色波长范围大致如下： 紫390~440 兰440~470 青470~495 绿595~584 黄584~600 橙600~640 红640~700 各种波长的光符合在仪器时人眼就感觉为白色，所以白光是由多种波长的光组成的复光。 当我们初次使用看谱镜从目镜中看到光谱时。可观察到它是由有着一定颜色排列不规则明亮不一的线条组成的谱线图。转动鼓轮时即能看见视场中谱线颜色的变化和谱线部位的移动。利用看谱镜进行分析工作，就要求我们如何正确的认识这些谱线，并对被测元素的谱线进行正确的评定。所以谱线的认识是进行看谱镜分析必须掌握的最基本知识。 光谱图例如常见的铁谱线初看起来似乎是互相相似的线条组成的，要在这大量的谱线之中找出某一条所需要的谱线，似乎是非常困难的是.事实只要掌握了正确的分析方法，耐心细致的观察，经过一段时间的反复实践.我们就可以找到各种谱线的特征和他们的分布规律来.例如光谱的不同部分有着不同颜色的区别，其 中每个色区都反映着所在谱线的不同波长。各色区的波长范围大致如下： 紫390~440 兰440~470 青470~495 绿595~584 黄584~600 橙600~640 红640~700 同时，每一色区的谱线又有着不同的排布及不同的亮度。一些谱线是非常清晰的，另一些谱线则较为拨户；一些谱线相互之间的距离较宽另一些谱线则较密。有的甚至成紧密排列着的一组密线。仔细观察光谱时，在整个光谱中还能找到一些特征性比较明显的特征线组，记住这些特征组个别谱线的查找也就明显方便了。铁光谱是看谱分析最基本的光谱图，无论分析钢铁或有色金属一般都离不开它。对铁谱的识别与熟悉是进行看谱分析的重要不骤。一个熟练看谱分析工作者必定能熟记铁谱，并运用它来简便地认识其他元素的谱线或利用铁谱线的强度作比较进行元素含量的测定。由于铁谱的异常丰富，几乎在可见光的每一个色区都有大量的铁谱线分布。因此它是测定其他元素谱线波长的一把特殊标尺。所以作为一个初学者应该不惜花费时间，集中经理尽快地掌握和熟悉铁光谱。 当用两个纯铁电极点弧时，看到从紫色至红色区大约分布着若干条的谱线。如果所用纯铁电极是足够纯时，这些谱线就都为铁谱线。要把这么多的铁谱线全部熟悉是困难的也是不必要我们主要认识这些铁谱线中带特殊性的谱线。即认识那些称之为“特征谱线”的铁谱。而要寻找这些特征谱线还是比较方便的。通过这些特征谱线的熟悉过程就能对整个铁谱的基本轮廓构成一个比较清晰的概念。 一般识别铁谱的方法是选择下这些容易辨认和记忆的特征光谱进行观察的： 1. 在紫色区约有10条左右引人注目的亮谱线。其中大部分谱线均位于相等的距离。这一波长区间是425.01nm至433.71nm，第一条(425.01nm和 425.08nm)和第三条(427.12nm和427.18)为清晰可分的双线。如图1-1所示。 光电探测器综述 摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成 度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电 集成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。尤其是具有高响应速度，高量 子效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需 要，也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。本文综述了 近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方 向，对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。 关键词：光电探测器，Si ,CMOS Abstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, high performance, low power consumption and low cost of photoelectric detector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) has become a major new challenge. Especially high response speed ，high quantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector, is not only the needs for development of optical communication technology, but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has the very high research value.This paper reviews the development of different characteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses the photodetector development direction in the next few years,the study of high performance photoelectric detector, the structure, and related technology, manufacturing, has very important practical significance. Key Word: photodetector, Si ,CMOS 一、光电探测器 概念 光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。（光电导效应是指在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化的象。即当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大数据处理与能谱分析
光电探测器原理
半导体光电探测器(精)
看谱分析图谱与标志
色谱分析谱图
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