看了KC的商品化能谱仪方案后我很赞同,于是和朋友有了一个更大胆的计划,制作一台民用级别千元内的手持式元素分析仪,对面也是一位很有研究的爱好者,具体方案如下:
我先说一下我的个人经历,拆解过EDX-700和一台HORIBA的2019年的电镜能谱仪,研读论文最终发现了一个惊人的事实,所有这些厂家包括AMPTEK的SDD系列,全部使用了一块集成了双栅极JFET和JET复位以及叉指电容的迷你IC,这个IC的代工厂符号是一个菠萝,很遗憾这两个晶圆都是在分类过程中丢失,因为实在过于小,小到风一吹就跑了。但是大致结构很符合数据手册和国内的计划,我根据AMPTEK公司的教程上“抄”了一款放大器,仿真结果如下:另外有一台AMPTEK公司的DP5多道分析仪和配套软件,可以在MCA成型之前测试能谱峰值
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X射线源使用所谓的除静电器,可以产生大约15keV的射线能量高压部分进行逆向工程后仿制,达到精确的能量调节和功率管理
探测器部分,滨松有在X射线能量单位的不少二极管,其中一种在淘宝似乎颇为便宜,PIN的缺点是结电容过大,而KC的能谱仪使用的SIPM也是不错的选择,但是也有例如设计电路参考很少的缺点,综上,可以使用SIPM这类单光子探测器和特殊的PIN来作为主要传感器获取能谱信号,这次为了追求高效率,可能会尝试自己封装制冷片也就是二级制冷SIPM,滨松有制冷的SIPM非常心动,但是原装的价格依旧惊人,加上二级制冷的成本,后期可能不会用这些方案,如果真的要做这个项目,制冷片大概几十块,TO的壳子找到厂家批发也就几块一个,除了人工成本(我是免费劳动力)也不算很贵的,目前最棘手的是,我需要一个10fF的积分电容或者说miller电容用于存储电荷,这个电容的大小和精度以及JFET共同影响了探测器的精度,最后可能需要使用介电常数低的离谱的材料自制一个“电容”,如果有国外的商品化的,麻烦立刻联系我,这对我的扫描电镜能谱至关重要。
#我手上有各个公司的SDD专利包含了工艺生产和用料,有实验条件的可以尝试自制SDD探测器,结电容超级小,收集率也很高
#另外雪崩光电二极管也就是APD,APD存在一个盖革模式,APD的主要缺点是进行了电荷放大,9不利于精确检测,从而痛失地位。
我研读了很多国产的核电子学放大电路,也包括了光电倍增管和各类探测器的不仅是硬件还包含ASIC和晶圆设计,这次的目的力求准确,尽可能廉价,功能丰富
#插句嘴,目前这个在申请三星的MPW流片服务,如果过了的话,价格能承受(毕竟最低工艺)的话(其实根本承受不了吧大概率)我可能会设计单独的放大电路,因为是按照晶圆面积收费的,反而SDD作为一个结构并不“复杂”的东西,有见过很一般的大学实验室就能做,期待有反馈吧。