CN101861529B

CN101861529B - 用于检测能量在150eV至300keV范围内的粒子辐射的检测器以及具有这种检测器的材料映像装置

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Publication number: CN101861529B
Application number: CN200780100954.8A
Authority: CN
Inventors: 乌尔丽克·伦德·奥尔森; 亨宁·弗里斯·波尔森; 瑟伦·施密特
Original assignee: Danish Technical University
Current assignee: Danish Technical University; Danmarks Tekniskie Universitet
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-10-04
Also published as: US8822936B2; CN101861529A; US20100276605A1; EP2208089A1; EP2208089B1; WO2009043347A1

Abstract

本发明提供用于检测粒子辐射，特别是具有在150eV至300keV范围内的能量的粒子辐射的检测器，所述检测器包括至少一个检测器元件，所述检测器元件包括：半导体检测器材料；至少一组线形电极，所述线形电极导电连接到所述半导体检测器材料的至少一个表面，每一组包括平行延伸的多个线形电极；和信号处理器，所述信号处理器与所述线形电极通信，其中，在每一组中，所述线形电极以小于3μm的带间距布置，并且所述半导体检测器材料的厚度小于所述线形电极的带间距的三倍。

Description

用于检测能量在150eV至300keV范围内的粒子辐射的检测器以及具有这种检测器的材料映像装置

本发明在第一方面中涉及一种用于检测能量在150eV至300keV范围内的粒子辐射的检测器，所述检测器具有至少一个检测器元件，所述检测器元件包括：在检测器区域中的半导体检测器材料；至少一组线形(line-shaped)电极，所述电极在检测器区域中延伸并且导电连接到半导体检测器材料的至少一个表面；和与所述线形电极相通的信号处理器。

能够检测高能粒子辐射的检测器被用于广泛的应用中，其中通过使用高分辨率图像研究一些材料的样品以寻找样品的特殊性质。

在本发明上下文中，表述“粒子辐射”应当理解为覆盖光子、电子、正电子、X-射线或EUV光，或其它粒子，它们的能量在150eV至300keV的范围内。

术语光子，当在本申请中用于描述检测器材料中的撞击事件时，应当宽泛地理解为包括实际光子的撞击，还包括由粒子辐射发射的其它类型粒子的撞击。

从下列论文已知具有两组平行线形电极的此类型的检测器：R.Brenner等的“双面双金属AC-耦合的硅微带检测器的空间分辨率的测量(Measurement of the spatial resolution of double-sided double-metalAC-coupled silicon microstrips detectors)”物理研究中的核仪器和方法(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research)A326(1993)，第189-197页。平行电极位于厚度为280μm的硅晶片的两个相反侧面上，并且一组线形电极由以25μm的带间距(strip pitch)布置的5μm宽的线组成，而另一组线形电极由以50μm的带间距布置的5μm宽的线组成。

具有多组平行线形电极的另一种检测器描述于下列论文中：A.Papanestis等的“基于2-D硅微带传感器的射线照相成像系统(ARadiographic Imaging System Based Upon a 2-D Silicon Microstrip Sensor)”2001IEEE，第3-1至3-5页。在此检测器中，平行电极位于厚度为300μm或500μm的硅晶片上，并且一组线形电极具有以50μm的带间距布置的电极(在p-侧上)，而另一组电极(在n-侧上)具有80μm的带间距。

期望得到一种高空间分辨率和准确度的检测器，所述检测器可以与粒子辐射相关地使用，所述粒子辐射例如为来自下列类型之一的来源的辐射：EUV、x-射线和硬x-射线源。

着眼于此，根据本发明的检测器以下列方式体现：单独组中的线形电极以最大3μm的带间距布置，并且半导体检测器材料的厚度(t)最大是所述线形电极的带间距(s)的三倍。

检测器的高准确度和高分辨率一方面通过使检测器材料具有与带间距相比小的厚度，并且另一方面通过使得检测器材料非常薄，从而可以以高可靠性发生单粒子位置检测而得到。对于给定能量的射束，当检测器材料较薄时检测器元件的吸收率较低，并且如果两个粒子在这样短的时间跨度内被吸收在检测器材料中并且处于得到的信号不能分配给单独的粒子的这样的局部区域中，则较低的吸收速率降低了上述情形造成的不准确度的风险。

检测器材料的小的厚度减小了电子和空穴在检测器材料中行进所需的距离，并且将由电子和空穴的迁移率的差别引起的不准确度最小化。并且与3-以下的非常小的带间距结合，在检测器材料中的最大行进距离非常小，从而使得检测器元件极为快速起作用并且准确。

带间距和检测器材料的厚度之间的关系对检测器的准确度具有影响。检测器材料中的电场在厚度方向上朝向线形电极吸引电子，但是电子还可能在垂直厚度方向的方向上进行热诱导扩散。当厚度最大是带间距的3倍时，电极向除最接近电子行进起始点的电极以外的另一个电极登记(register)的概率据认为小于约1％。

从电极得到的信号的高可靠性(该高可靠性归因于小的厚度与带间距和厚度之间的比率的结合)提高了检测器的准确度，另外，最大3μm的带间距本身对检测器提供高的空间分辨率，所述空间分辨率比具有平行线形电极的现有技术检测器的分辨率高因子10以上。

与带间距相关的检测器材料的小的厚度还具有提高检测器准确度的另外的效果。当粒子撞击检测器材料时，该撞击将产生以从撞击点均匀膨胀的云状图案形式的许多对的电子和空穴的释放。与带间距相关的检测器材料的小的厚度仅允许云状图案在垂直于厚度方向的方向上膨胀短的距离，并且随后在检测器的相对小的区域内产生电子-空穴对。

与带间距相关的小的厚度还具有减小由康普顿(Compton)散射和高能荧光引起的模糊(blur)的效果，原因在于偏离的粒子在离开检测器材料之前将典型地仅向侧面行进短的距离，并且多重相互作用的可能性可以忽略。

此外，小的扩散距离和导致的快速性(fastness)的更加有利之处在于，复合是可忽略的，因为电子在它们可以与空穴复合之前就扩散到电极。因而，检测器元件可以非常准确地记录在检测器材料中释放的电荷的量。

在一个优选的实施实施方案中，对检测器中的处理单元提供用于康普顿散射粒子活性和/或高能荧光活性的过滤器，其中将高能理解为包括K-壳的荧光活性。在检测器材料中释放的电荷的快速和准确的收集允许信号处理单元过滤掉与康普顿散射和/或高能荧光活性有关的粒子活性。这可以通过下列方法进行：将对于单一粒子事件所记录的电荷的量与预定的下限值进行比较，如果电荷的量低于该下限值，则将属于该粒子的信号过滤掉-或归类为康普顿散射粒子或荧光活性。由检测器得到的画面的质量通过这样移除由康普顿散射或荧光活性引起的噪声而改进。通过此类型的过滤器，可以将检测到的信号根据它们的来源分类成例如：由弹性散射导致的信号，由非弹性散射导致的信号，由电子发射导致的信号，和来自光子吸收的信号。基于这种分类，通过移除不需要的信号或校正错误的信号可以改进图像质量。

在一个实施方案中，通过下列方法进一步改进检测器的空间分辨率：将线性电极以单独的组排列，使得它们以小于2μm的带间距布置。在另一个实施方案中进一步增强了此效果，其中将线性电极以约1μm的最优选带间距排列。线形电极可以例如放置在通过E-射束的半导体材料上，并且1μm的带间距对检测器提供基于电极中的最强信号的简单取样的1μm的直接空间分辨率，并且通过计算从电极得到的信号而提供在亚微米(sub-micrometer)范围(纳米尺度)中的空间分辨率。

单独的线形电极的优选宽度最大为所述线形电极的带间距的20％。电极的此相对小的宽度允许大部分的检测器表面不被阻隔并且自由接收粒子撞击。如果高能粒子撞击仅发生在检测器材料中，则它产生由多种低能激子形成的云，所述激子活化检测器材料中的电子和空穴对并且在邻近撞击点的电极中记录。但是，另一方面，如果粒子碰撞电极，则可能引起来自电极的高的信号，这可能扰乱激子的记录。因此，优选电极的宽度尽可能小。在一些实施方案中，电极的宽度大于带间距的20％，例如带间距的25％以上。这可以用于降低电极电阻率，但是它不是优选的。备选地，通过在厚度方向上向线增加材料可以得到较低的电阻。

检测器材料的选择取决于从辐射源发射的射束中的能量。当射束具有处于范围的较低端的能量如300eV的能量时，硅可以是优选的检测器材料，而对于具有显著较高能量的射束，半导体检测器材料可以包含至少一种原子序数(Z)高于14的构成金属元素。这样的材料具有比硅高的密度并且因而以较高的效率吸收入射辐射。对于根据本发明的检测器，这对于硬X-射线束(即，高于约10keV的射束能量)是特别相关的，其归因于高能涉及较低的由用于单粒子检测的检测区域内的双粒子吸收所致的不准确度的风险。因而，通过使用比硅更致密的材料，可以在不牺牲准确度的情况下增加吸收速率，并且以此方式增加单独的检测器元件的效率。

优选地，进行检测器材料的选择，使得在电子能级之间存在直接带隙，其充分低，以在生成的电子-空穴对的数量上产生良好的统计量(statistics)，并且其足够高，以避免归因于在室温的热激发的任何显著噪声。原子序数高于14的纯的半导体可以用作吸收材料。半导体还可以是化合物半导体。

优选地，半导体检测器材料选自包含下列各项的组：InP、CdZnTe(CZT)、CdTe、HgI₂、GaAs、PbI₂、TIBr、BiI₃、HgCdTe、HgZnTe、InSb，或它们的变体，例如PbTe、HgTe/CdTe或HgTe/ZnTe组合。最优选的材料是InP、HgI₂和CdZnTe。

在根据本发明的检测器的一个实施方案中，单独的检测器元件仅具有单组的线形电极。这种检测器元件可以原样用于检测器中，在所述检测器中，仅在单个方向上需要高的空间分辨率，或可以通过计算由线形电极检测的信号而在两个方向上得到高的空间分辨率。这种计算可以基于检测到的信号的时间差或变化速率，如在下列内容中更详细地解释的。

在另一个实施方案中，单独的检测器元件包括至少两组线形电极，并且在此情况下，一组线形电极在第一方向上延伸，而另一组线形电极在第二方向上延伸，所述第二方向典型与所述第一方向不同。优选的是，单独的检测器元件的空间分辨率至少是2维(2D)的，并且这可以通过线形电极的组的几何形状直接得到，原因在于第一方向与第二方向不平行，从而第一方向在垂直于射束路径的平面上的投影中与第二方向交叉。可以选择第一和第二方向，使得在线形电极的投影中产生菱形图案，其中包括的顶角的尺寸可以通过相应地选择第一和第二方向而取任意的期望值，但是因为在此情况下的分辨率将在一个方向上与在另一个方向上不同，优选的是，至少两组线形电极在相互垂直的方向上延伸。在后一种实施方案中，线形电极的投影在垂直于射束路径的平面中产生矩形图案，这对于给定的带间距产生最精细的分辨率。另外，优选的是，一组线形电极的带间距与第二组线形电极的带间距基本上相同，但是自然地，还可以将一组电极以比另一组电极大的带间距排列。

检测器元件上的信号处理器优选包括信号收集装置和信号读出装置，所述信号读出装置具有至少8,000帧/秒(8kfps)的读出能力。此读出能力对检测器元件提供以允许单个粒子位置检测的速度记录信号的能力，特别是当信号收集装置从携带电流的线形电极选择性地收集，因而仅需要从实际上被粒子撞击活化的电极读取时。

在一个优选的实施方案中，信号读出装置具有至少40,000帧/秒(40kfps)的读出能力，这对于在时域中的给定的带间距和给定的灵敏度，允许检测器元件覆盖更大的区域，因为它可以具有更多的电极。

为了进一步改进检测器元件的空间分辨率，将信号处理器或多个中央处理器适用于以比所述线形电极的带间距(s)更好的空间分辨率(σ)，优选以空间分辨率σ＜s/4确定引入的粒子的撞击位置。这自然的一个优点是改进检测器的空间分辨率，并且它比较容易地得到比由电极的物理布局中的几何形状所给出的分辨率更好的分辨率。一种可能性是检测信号到达的时机(timing)，并且将与扩散速度的经验值结合的时间差用作从撞击点至电极的距离的量度。

另外，在一个实施方案中利用更优选的方式，在所述实施方案中，信号处理器或多个中央处理器通过基于来自几个或多个线形电极的信号的质心计算(centre of mass calculations)而确定单独粒子的撞击位置。在撞击时，高能粒子产生低能粒子的云，并且在该云膨胀的同时，它在检测器材料中典型地产生几百或几千对电子和空穴。在距撞击点的增加的距离处，电子和空穴对生成的强度降低(每单位体积的检测器材料产生较少的对)，并且在检测器材料中引起的电荷相应地降低。由于在检测器元件中最大3μm的非常小的带间距，由撞击引起的总的电荷在几个或多个线形电极上分布，并且在单独电极的一些中记录的电荷量非常清楚地不同于在其它电极中记录的电荷量，原因在于从电极至撞击位置的改变的距离。记录的电荷量的这些差别可以用于质心计算中，其中，将来自由四个电极描绘的单独矩形的检测到的电荷量与矩形的位置结合，并且基于此以及包括由单个粒子的撞击影响的所有矩形的常规质心计算，可以以空间分辨率σ确定撞击位置，所述空间分辨率σ至少是带间距的4倍，例如是带间距的10或11倍。在其中检测器元件具有1μm的带间距的一个实施方案中并且当将质心计算用于得到10倍高的分辨率时，检测器在2维(2D)上具有100nm的空间分辨率，乃至低于100nm，例如90.9nm以下。

在一个实施方案中利用第三可能性，其通过使用来自至少一个线形电极的时间依赖性信号确定单独粒子的撞击位置。这可以例如是在同一线形电极两端处的信号接收的时间差，或可以基于与电极连接的二极管被多么快速地充电，原因在于这可以作为从二极管延伸到撞击位置的电极部分的电阻的量度。以这些方式，在线形电极的长度方向上确定该位置。在横向方向上的位置可以例如通过将来自该电极和来自邻近电极的信号进行比较而确定，其中可以将信号接收的时间差用于确定该位置。还可以使用确定撞击位置的这些方法的组合。

在一个实施方案中利用第四可能性，其中，通过测量来自接近撞击位置的至少两个线形电极的信号强度，在横切线形电极长度方向的方向上确定撞击位置，并且可以将信号强度的差别用于确定该位置。

通过使检测器材料具有相对于带间距的最大厚度和小的带间距而得到的高准确度的后果是：当射束具有高能量时，单独的检测元件具有低的吸收效率。在对此进行补偿的一个实施方案中，以叠层式构造安装多个检测器元件。当然，独立于其它检测器元件的存在，单独的检测器元件保留它的准确度，并且检测器的总吸收效率显著改进，因为当检测器元件处于叠层式构造时，射束必须从叠层体的一端至另一端逐一通过元件，检测器元件的单独的吸收效率简单叠加得到检测器的总效率。叠层式构造提供了除吸收效率增加以外的另外的优点，即对于非常高空间分辨率的完整画面的更快速的取样和读出时间，因为叠层的检测器元件平行起作用。对于实际目的，此效果是重要的，尤其是在包括限制可用性的同步加速器的高能应用中。与空间分辨率在50μm或80μm范围内的上述现有技术2D检测器相比，涉及得到100nm空间分辨率的数据处理预期是显著更加耗时的，但是这至少部分地被处于叠层式构造的许多平行操作检测器元件的期望的吸收效率的分布所补偿。

在适用于测试试样的三维表征的实施方案中，将两个以上的检测器元件或两个以上的检测器元件叠层体在射束的传播方向上相互隔开。尽管检测器元件本身提供2D图像，但是通过对关联的2D图像中得到的数据进行3D重建计算，可以得到3D图像，所述关联的2D图像在距测试试样不同距离处收集，典型地，在射束路径的下游方向上距测试试样两个或三个不同距离处收集。与X-射线衍射一起，这种3D表征以及其它的事物描述在下列与3D表征有关的论文中：“跟踪：一种用于晶粒或多晶中的结构表征的方法(Tracking：a method for structural characterization of grains inpowders or polycrystals)”，E.M.Lauridsen等，应用结晶学杂志(Journal ofApplied Crystallography)，2001，34，744-750；“多晶和粉末中的单独晶粒的晶粒间界和应力状态的3维图(Three-dimensional maps of grain boundariesand the stress state of individual grains in polycrystals and powders)”，H.F.Poulsen等，应用结晶学杂志(Journal of Applied Crystallography)，2001，34，750-756；“通过代数重建技术的晶粒图的产生(Generation of grain maps byan algebraic reconstruction technique)”，H.F.Poulsen等，应用结晶学杂志(Journal of Applied Crystallography)，2003，36，1062-1068，“在变形的铝单晶的退火过程中的微结构演变的3D表征(3D-characterisation ofmicrostructure evolution during annealing of a deformed aluminium singlecrystal)”，H.F.Poulsen等，Acta Materialia 51(2003)，2517-2529，“单独块状晶粒的晶格旋转部分I：3D-X射线表征(Lattice rotations of individual bulkgrains Part I：3D X-ray characterization)”，H.F.Poulsen等，Acta Materialia 51(2003)，3821-3830，所述论文通过引用而结合在说明书中。

在第二方面中，本发明涉及一种材料映像(mapping)装置，其包括在射束路径中产生粒子束的源，位于射束路径的试样支撑体，和检测器，其中所述检测器是根据本发明的第一方面的上述类型的检测器。

根据本发明的第一方面的检测器在根据第二方面的装置中的使用导致一种用于2D全区域成像的材料映像装置，其提供具有3μm或更好的空间分辨率，例如约100nm的分辨率的非常快的操作装置。这种检测器在广泛的技术领域中高度有用。

根据本发明的映像装置的用途的一个主要领域在波长为约2至5nm的低能射束的领域内。此领域中的现有技术装置遭受许多缺点。所述射束具有典型为100至300个波长的相当宽的带宽，这导致现有技术系统中的光学器件的色差。并且必须将整个系统抽空以避免射束的衰减。并且在LPP(激光产生的等离子体)源的情况下，存在从试样产生的碎屑，所述碎屑最终沉积在从源至试样的射束路径中存在的光学器件上，其中所述碎屑可能引起不规则性或导致对涂层的损坏，或在涂层中的划痕。另外，与现有技术系统中所需的光学器件相关，使用掠射角串联椭圆面会聚镜(grazingangle tandem ellipsoid condenser mirror)。为了提供用于光学器件的空间和射束的期望聚焦，在现有技术系统中，典型的是：在源和试样之间可以存在300mm的距离，以及在试样和检测器位置之间的800nm的距离。样品和检测器之间的大的距离使得装置(setup)对振动或影响机械稳定性的其它因素非常敏感。

在本发明的映像装置的一个实施方案中，该装置包括检测器和源，所述检测器位于射束路径方向的下游距测试试样支撑体小于20mm的距离处，所述源发射能量在200eV至600eV范围内的光子。然而，在试样和检测器之间的20mm的距离时，源应当距试样约2.5米定位，以产生小于100nm的变形。尽管可以使用甚至更大的距离，但它是不利的。如果映像装置的外部尺寸可以减小，则这自然是显著的优点，并且因此优选检测器和试样之间的距离显著小于20mm，例如小于2mm。当检测器距试样约2mm以下时，源可以距试样约25cm以下定位，这对于允许试样位于水平表面上的射束路径的垂直取向是理想的。这对于包含在液体中或含有液体的试样是显著优点。采用垂直取向的射束的装置可以具有非常简单的设计，其中从源经由试样到达检测器的完整射束路径可以是直线(没有任何弯曲或锯齿形路径，并且没有光学器件)。由于在此装置中的试样的射束上游不需要光学器件聚焦，因此试样可以接近源定位。归因于源和试样之间的距离的显著减小，这保留了更多的来自源的通量，并且由于在至试样的射束路径中避免了光学器件，因此还完全避免了光学损失。短的距离允许较低功率的源产生所需的通过试样的通量，并且这还促进了具有高可靠性的简单设计。

根据本发明的装置允许作为非接触检验进行试样的检验。在另一个实施方案中，材料映像装置与高分辨率的光学显微镜相比具有的区别优点在于：可以将试样保持在密封室如密封陪替氏培养皿中。这通过在射束路径上不需要光学器件与试样接触而成为可能。使用密封室的可能性以及用检测器得到的非常高的空间分辨率对活细胞试样提供了纳米范围检验(nanoscope)，其中得到不受装置中存在的大气影响的试样的非常高分辨率的画面。由于试样可以保持在密封室中，因此便于成像期间的试样操纵，并且不存在或仅存在极低的细胞从试样中向周围环境逃逸的风险，或外来物质从周围环境渗透到测试试样中的风险。根据本发明的高分辨率装置在使用中还是快速的，首先因为可以免除从装置内的空间抽空空气，并且还因为成像本身相对快速的发生。

在材料映像装置的进一步开发中，检测器与源相比处于距测试试样更短的距离，所述测试试样包括蛋白或其它含有碳的材料。存在着的需要是用高的空间分辨率以简单的方式表征这种试样。射束路径中光学器件的省略以及高敏感性检测器的使用允许了相对低的能量源的使用，所述相对低的能量源所具有的光子具有在例如250eV至500eV范围内的能量。并且可以在不对试样造成辐射损害的任何相关风险的情况下将这种低能量的射束用于试样的可视化(visualisation)。

在一个特别适用于含有蛋白的生物试样的成像的优选实施方案中，将检测器适用于吸收至少80％，并且优选至多100％的剂量的在曝光期间通过试样的辐射。由于检测器的高精确度和在源和试样之间以及在试样和检测器之间光学器件的缺乏，可以使用适当小功率的源并且在检测器仍得到充分大小的通量(通过单位面积的光子的流量)以得到高质量图像。使用的光子具有低的能量，因此可以设计检测器，使其完全吸收辐射。这可以例如通过下列方法进行：使用一个或多个以硅作为检测器材料的叠层的检测器元件，或使用具有更致密的检测器材料如InP的仅一个检测器元件。在此高效率的情况下，不再需要在曝光期间冷却试样以避免辐射损害。在现有技术装置中，在曝光画面的同时使试样遭受冷氦流，但是在根据本发明的装置的情况下，不再需要这种复杂的装置，因为在整个成像过程中可以将试样保持在未冻结的条件中，而不会遭受显著的辐射损害。当试样是随时间变化的类型的试样，例如生长的细胞、病毒等，其中生长的不同阶段的高质量图像可以提供有用的信息时，这特别有利。由于图像可以在不冻结试样并且不对试样造成辐射损害的情况下以容易的方式得到，因此可以在活体结构的纳米-分辨率射线照相成像上实现了突破。

优选地，在生物样品的图像曝光期间，检测器位于距测试试样小于0.6mm处。期望的是，试样和检测器之间的分离尽可能小，并且样品需要在载体上，例如具有一定厚度的玻璃表面，像陪替氏培养皿的底表面上。为了容易操作，载体需要机械强度，这要求一定的壁厚。在装置的另一个实施方案中，在图像的曝光期间，检测器位于距测试试样小于0.3mm，例如约0.2mm或约0.1mm处。这可以例如通过使用薄箔作为载体得到。作为备选物，可以制备载体如陪替氏培养皿，使其具有其中底壁仅具有小的厚度的凹陷区域。在材料映像装置的一个实施方案中，测试试样支撑体包括壁厚小于0.2mm的试样载体表面，所述试样载体表面优选作为试样容器的底壁中的凹陷区域提供。这种凹陷区域还将起应当将样品放置在容器的什么地方的指示的作用，并且它还可以促进在装置中安装容器的过程。

根据本发明的映像装置的用途的另一个主要领域是作为测试或质量控制工具，特别是集成电路的测试或质量控制。目前在芯片上制成的电路可以包括许多层的复杂结构，并且层中的细节可以从尺寸为若干微米的结构至纳米尺寸的结构而在尺寸上变化。归因于检测器的高空间分辨率，它可以检测具有纳米尺寸的结构，例如在电路的两个不同层中的线路径之间的互连。映像装置可以为此目的而用于电路的x-射线断层照相，或用于相衬成像。在两种情况下，集成电路的检测是非破坏性测试，其中将x-射线束用作穿透探针。该装置作为测试或质量控制工具的用途可以用于除集成电路以外的其它领域，例如用于造纸工业，在所述造纸工业中，纸主体中单独纤维的尺寸、纤维的分布以及纤维的取向对于纸的质量具有重要性。第三实例是复合材料的检测，在所述复合材料中，例如纤维分布在主体材料的基体中。

根据本发明的映像装置的用途的另一个主要领域在于测试金属结构，例如飞机部件、发动机部件等。这种结构具有约若干毫米的大的厚度。通过使用高能的源，例如发射大于25keV的较高能量的粒子的源，该装置可以用于检测超过几毫米厚度的金属部件。并且在用于电子电路时，该测试是非破坏性的并且提供高的空间分辨率。

对于低能射束应用，优选检测器仅具有单个的检测器元件，但是在涉及例如在8keV至80keV范围内的较高射束能量的应用中，优选叠层式构造。如果期望吸收效果的增加，例如在硅用作检测器材料的情况下，则还可以将叠层式构造用于低能射束应用。

在下列内容中，基于高度示意性的附图更详细地描述实施方案的实例，在所述附图中：

图1示例根据本发明的检测器元件的一个实施方案的示意性概括图，

图1a示例对于在线形电极组中的几个电极，以几排形式在检测器元件上的处理器的排列，

图2示例根据本发明的检测器元件的层叠体的一个实施方案的示意性横截面图，

图2a示例检测器元件的层叠体的另一个实施方案，

图3示例根据本发明的检测器元件的并排排列的一个实施方案的示意性顶视图，

图4示例根据本发明的材料映像装置的一个实施方案的示意性概括图，

图5示例根据本发明的材料映像装置的一个不同实施方案的示意性概括图，

图6示例根据本发明的材料映像装置的另一个实施方案的示意性概括图，

图7是示例水窗口(water window)的图示，

图8是在图像的重建中使用的信息的示意图，

图9是根据本发明的试样载体的实例，和

图10示例通过试样载体的另一个实施方案的截面。

术语试样或测试试样包括要使用辐射成像或探查的任何类型的试样、或样品、或材料、或物体、或部分，并且包括不同类型的试样，例如从金属至由非有机类型的各种材料组成的结构乃至有机材料的样品或结构，以及有机和无机物质的组合的范围。

在第一实施方案中，根据本发明的检测器包括如图1中所示的一般构造的一个或多个检测器元件1。检测器元件1包括半导体检测器材料2和两组3a、3b的线形电极4，一组3a布置在检测器材料2的上表面上，而另一组3b布置在检测器材料2的底表面上。检测器元件1还包括信号处理器5，其放置在支持基底6上，所述支持基底6在示例的实施方案中为硅晶片。基底6在它的下侧具有凹部，从而使得基底6在由检测器材料2覆盖的区域的厚度小，并且以此方式将基底中的吸收最小化。应当注意，附图上示出的尺寸不是按比例的，也没有正确地示出线形电极的数量。在实际的实施方案中，期望的是具有相对大的检测器区域，例如1mm²的区域，并且为了实现这个目的，检测器元件安置有几百乃至几千个电极。并且尽管在图1中的总的略图中显示了信号处理器，但是一个信号处理器连接到单独的电极，并且对于电极阵列所需的信号处理器排相继地位于区块状区域中，所述区块状区域在图1中总的指定为信号处理器5。

各个组3a和3b内的线形电极4彼此平行或基本上平行放置，并且线形电极4在显示的实施方案中以1μm的带间距s布置。带间距一般定义为从一个线形电极的左边缘至邻近线形电极的左边缘的距离。可以使用小于3μm的带间距s的其它值。单独的线形电极4在示例的实施方案中具有约100nm的宽度w和约15nm的厚度T2。厚度T2和宽度w在图2中示出。优选宽度w尽可能小以将线形电极4中的入射能的直接吸收最小化。

每一个线形电极4从半导体检测器材料2的区块向前延伸连接到相关的信号处理器5。线形电极4由导电材料如金、铝或铜制成。

在此实施方案中，信号处理器5大于带间距，并且因而属于单独一组线形电极的信号处理器在检测器材料的任一侧处以几排排列。在图1a中示出了一种排列，其优点在于：所有的信号处理器都具有相同的类型并且具有与位于相同位置的电极的连接。其它排列是可能的，例如这样一种排列，其中一些信号处理器位于离电极4更远的地方以提供有冷却。

在示例的实施方案中，半导体检测器材料2具有约1μm的厚度T1。该厚度与带间距s是可比的，即T1＝s。不大于带间距的三倍的其它厚度值(T1≤3×s)是可以的。原则上，可以使用具有在电子能级之间的适当带隙的任何半导体材料，并且活性检测器区域可以具有任何合适的尺寸。当将检测器用于例如硬x-射线时，半导体材料优选是具有对高能光子具有高吸收系数的半导体材料，例如包含至少一种具有大于14的原子序数Z的构成金属元素的半导体。在示例的实施方案中，检测器材料2为InP。

图1中的检测器元件设计提供了在36keV的入射辐射束情况下约1％的效率，以及对于所述36keV辐射约0.5keV的能量分辨率。单独的信号处理器5以常规的众所周知的方式包括信号收集装置和信号读出装置(未示出)，并且适用于将信号经由信号线29传达到用于进一步信号处理的一个或多个中央处理单元30。中央处理单元30基于接收到的数据重建图像。这种重建可以根据现有技术中熟知的各种不同的方法进行。一种方法是直接成像(射线照相)，其中将接收到的光简单地分配给检测到的实际位置，自然地缺少进行的任何校正以移去散射、赝象和其它的质量改进措施。另一种方法是计算机化断层摄影(CT)，其中在将试样绕垂直于射束方向的轴旋转的同时测量通过试样的衰减。并且第三种方法基于衍射图案的测量。

检测器区域具有宽度a和幅度(breadth)b(参见图8)，并且信号处理器优选位于检测器区域外侧，从而使得在检测器区域中存在净(clean)射束路径。在图2中所示的叠层式构造中，单独检测器元件的检测器区域全部对齐，使得产生的检测器区域对应于单独的元件的检测器区域。

信号收集装置和信号读出装置以快得足以实现单个粒子检测的帧频收集来自线形电极4的信号并且读出收集的信号以用于进一步的信号处理。在一个实施方案中，这意味着帧频应当等于或大于沉积的粒子的平均数量/电极/秒。用于实现这个所需的实际帧频取决于在入射在检测器材料2上的辐射期间的粒子的通量，这又取决于检测器元件1用于的具体应用。在实际中，信号收集装置和信号读出装置应当能够递送至少8,000帧/秒(8kfps)的读出帧频。当前可用的信号收集装置和信号读出装置可以在100MHz运行，其对于典型的应用提供比当前所需的显著更快的信号读出速率。当然，有利的是得到较高的频率，例如在例如140MHz以上运行的装置。

在示出的实施方案中，每一个线形电极读出每一幅帧。在一个变化的实施方案中，信号收集装置和信号读出装置仅在它们携带电流时激活所述读出，从而得到选择性的收集和读出。由于具有此能力的信号收集和读出装置对于每帧仅需要收集并读出来自几个电极的信号，因此自然地，具有比对于每帧读出所有线形电极的信号收集和读出装置显著更快的潜力。

在图1的实施方案中，检测器元件1在总的略图中包括用于各组3a、3b线形电极的信号处理器5的两个阵列，其连接到电极，使得单独的处理器连接到相关的线形电极4的一个末端。信号处理器可以以各种熟知的方式体现。单独的电极典型与其本身的信号处理器组关联，例如与电势储存器连接的电荷敏感性前置放大器。信号在读出到界面电子设备之前可以在中间在成形放大器或比较器中处理。界面电子设备是现有技术中熟知的，并且可以在分开的面板上制成，或可以包括在传感器晶片上，这取决于空间要求。

在另一个实施方案中，单独的线形电极连接到两个信号处理器，一个在电极的任一末端。在另一个实施方案中，单独的电极的两个末端连接到一个信号处理器，所述信号处理器安置有两个入口接触点。后一实施方案是不优选的，因为在检测器材料外侧的电极的布局变得较不简单。

信号处理器5优选以线性阵列排列，其中处理器5的组件例如二极管以与带间距s可比的间距布置。信号处理器5优选使用CMOS(互补金属氧化物半导体)技术由硅制备。信号处理器备选地可以使用其它适当的电子技术例如诸如CCD(电荷耦合装置)技术或仿生学技术制备。

单独的检测器元件起下列作用：当入射粒子由于与检测器材料撞击而被吸收在检测器材料中时，在检测器材料内形成所得到的产生电子-空穴对的粒子的级联(cascade)。这些粒子形成具有以撞击点为中心点的朗伯(Lambert)样分布的云，即，粒子的级联从撞击点在所有方向上近似均匀分布。形成的粒子的云在线形电极中引起电流，电流的大小与线形电极距撞击点的距离成比例。引起的电流被信号收集装置收集并且信号被信号读出装置读出以用于进一步的信号处理。

在其中每一个线形电极的每一个末端都连接到信号处理器的实施方案中，通过检测在线形电极的一个末端处的信号接收与在同一电极的另一个末端处的信号接收之间的时间差，可以估计撞击点。可以将该时间差用作至撞击点的距离的量度，因为在电流的感应和检测之间的消逝时间与撞击点和信号处理器之间的距离成比例。信号处理器基于读出信号的时间延迟可以确定入射光子的撞击位置，并且它们还具有关于该信号的大小的信息。

在检测器元件对于每一组线形电极仅具有一个连接到线形电极的仅一个末端的信号处理器的情况下，例如如图1a中所示，朝向线的开口末端(即该线的没有连接到一个信号处理器的末端)传送的信号将从开口末端朝向信号处理器反射回来。因此，使用沿电极的预定信号速度，从直接传送信号和反射信号之间的时间差可以得到该位置。

在信号处理器连接到线形电极的两个末端的情况下，处理器将接收来自每一个电极的两个末端的信号并且可以相应地确定时间延迟。备选地，每一个处理器可以对信号提供时间戳并且将它发送到中央处理单元，所述中央处理单元确定时间延迟和撞击位置。

另一种可能性是通过采用与路径的电阻和二极管的电容的乘积成比例的上升时间(rise time)，使用信号处理器来利用感应信号的上升时间以估计沿电极的路径的电阻。然后可以例如使用欧姆定律计算信号行进的路径长度。因此，在此情况下，信号处理器或中央处理单元基于读出信号的大小和上升时间计算入射粒子的撞击位置。

得到在两对电极之间的精确位置的优选方式是使用来自质心计算(CMC)中的几个电极的检测到的信号水平。当通过进行CMC确定引入粒子的位置时，空间分辨率可以例如比线形电极的带间距好因子10个。因此，在根据其中带间距为1μm的图1的实施方案的检测器元件构造的情况下，可以得到约100nm的空间分辨率。

检测器材料2可以例如以下列方式使用各种方法制备：最初，在通常为InP的第一基底材料上生长半导体材料例如InP的层至期望厚度T1。在InP上安置InGaAs的薄层。随后，通常通过蚀刻将第一基底材料从半导体材料的生长层移除，从而得到掺杂有例如Fe的半导体材料的纯层。然后将半导体材料的纯层放置在通常为硅的第二基底材料上。

一旦将厚度为T1的半导体材料放置在第二基底上，就在所述半导体材料的至少一个表面上写入(written)一组或多组线形电极。如果在基底的同一侧安置两组线形电极，则必须在所述两组之间、至少在线交叉的区域中插入绝缘层。为了便于制备，因此优选的是将一组写入到材料的一侧而将另一组写入到材料的相反侧。

线形电极的组可以使用平版印刷方法写入，例如优选e-射束平版印刷术、纳米-印刻平版印刷术(nano-imprint lithography)或UV-平版印刷术。其中，E-射束写入由下列文献是已知的：Falco C.等的“用于高能纵横比纳米尺度电子束平版印刷术的氢倍半硅氧烷/酚醛清漆双层抗蚀剂(Hydrogensilsesquioxane/novalak bilayer resist fro high energy aspect ratio nanoscaleelectron-beam lithography)”，J.Vac.Sci.Technol.B 18(6)，2000年11月/12月，第3419-3423页，其中以例如25nm的宽度写入线。将具有其线形电极的检测器材料放置在基底上，所述基底优选为硅芯片，包括信号处理器，并且将线形电极与信号处理器连接，所述连接优选在写入程序过程中，或者如果在检测器材料本身上写入以后安装信号处理器，则优选在第二写入程序过程中。优选将直接位于半导体检测器材料下方的所述硅芯片的部分变薄，以最小化硅的吸收。

图2示例保持在支撑体31中的以叠层式构造排列的3个检测器元件1的一个实施方案。进行层叠，使得检测器材料2的区块以它们的边缘处于共同平面中的方式定位，从而使得没有处理器的中心射束路径得到与单独的检测器材料的宽度对应的宽度。图2a示例了稍微变化的实施方案，其中将比由检测器材料覆盖的区域更大的硅芯片的区域变薄，从而得到更紧密层叠的构造，因为在一个检测器元件上的检测器材料延伸到邻近检测器元件中的支承材料中的凹部中。

图3示例了包括以并排构造放置的图1中所示的实施方案的检测器元件1的4×4阵列的检测器。此构造使得可以构造具有比单个检测器元件1的检测器区域大的检测器区域的检测器。

当然，根据需要，还可以将图2和3中的检测器构造组合。

用于得到并处理来自检测器中电极的关于粒子辐射的信号的信号处理器的众多实施方案在本领域中是熟知的。基本上，信号处理器通常收集数据并且将数据发送到处理单元，所述处理单元结合时间延迟算法、CMS算法或来自电极信号的吸收事件的重建处理所述数据。

作为电子部件的一个非限制性实例，可以提及的是用于单片专用集成电路ASIC的通用电路。ASIC被开发用于医疗成像，例如γ照相机和SPECT(Kravis等，1999)。芯片具有自触发(self-trigger)输入，使得可以在没有外部触发的情况下处理随机信号。ASIC可以具有几种读出和数据获得模式。可以将来自通道的输出信号多路传输。ASIC具有不同的动力学范围和成形时间、快的时机选择、低的功率消耗等。还可以使用其它的电子部件。

图8示例在用两个垂直组的线形电极体现的单个检测器元件的检测器材料中得到的信号。三个暗点50、51、和52表示在材料中吸收的光子。通常，光子并不在检测器上均匀分布，而是集中在图像中的强的特征(高通量区域)附近。在线形电极中得到的信号在线53、54上示出，以示例信号处理器可以接收关于下列各项的信息：a)收集到的电荷的量-由线53、54上的信号的幅值(amplitudes)表示；b)信号的接收时刻-由线53、54上的信号的位置表示，因为线53、54是时间线；和可能地，还有c)信号的变化速率-由示出的信号的倾斜角(inclination)表示。

关于粒子51的吸收，时间线tl1首先检测到强信号60和稍后的弱信号61，而时间线tl2仅在信号61在tl1中记录的相同时刻检测到弱信号62。仅基于此信息，可以解析在tl1中接收到的信号并且确定tl1中的两个信号属于两个不同的吸收事件。并且这可以由在信号61和62在tl1中记录的相同时刻在tld检测到的信号63所证实。在其中仅检测电荷的量的实施方案中，tl1所记录的量是信号60和61的总和，并且于是还要求查看在tla、tlb和tld记录的信号63和64-67，以检测tl1中的信号实际上是两个事件的结果。从而，在检测信号的时间变化方面存在优点，因为需要较少的比较以将一个事件与另一个事件区分。

在电极中接收到的电荷的量可以用于定位电极之间的撞击点。对于粒子51，得到两个均匀的信号61、62，这显示该点大约位于两个电极之间的中途。对于粒子50，信号60以及在邻近电极中信号的缺乏显示该粒子在非常接近属于tl1的线形电极处或在属于tl1的线形电极处被吸收。并且关于粒子52，在tl3中信号68的小幅值和在tl4中信号69的大幅值提供了撞击点最靠近属于tl4的线形电极的信息。

重建算法基于测量到的时间差估计在每一个带中的所有可能粒子的相互作用的位置，并且发现后面和前面位置之间的相互关系。这些是吸收的粒子的真实的2D相互作用点。

对于检测器区域为1mm²并且带间距为1μm(1微米)的检测器，重建算法可以辨别约50,000次不同吸收事件/读出周期。在使用37keV光子的一个实施方案中，在厚度为1μm的InP层中的吸收为约1％。当与100MHz并联地进行从电极的读出时，源可以具有小于5×10¹⁴个质子/秒/mm²的通量。当串联地进行从电极的读出时，源的通量应当小于2.5×10¹¹个质子/秒/mm²。

图4、5和6概述了根据本发明的材料映像装置10的三个不同的实施方案，每一个大体包括：具有层叠的检测器元件的检测器16、装置外壳11、支撑要检测的测试试样13的测试试样支撑体17，和辐射源14。

在有用的辐射源中的是例如：在图4中由同步加速器X-射线辐射源14a示例的X-射线源，在图5中作为14b显示的极紫外(EUV)辐射源，或在图6中作为14c显示的电子源。关于源和原理的进一步细节，参考DavidT.Attwood教授的“软X-射线和极紫外：原理和应用(Soft X-Rays andExtreme Ultraviolet Radiation：Principles and Applications)，伯克利(Berkeley)，剑桥大学出版社(Cambridge University Press)。

装置外壳11设计为在测量过程中保护操作者免受高能辐射源的影响，以及将装置从周围环境屏蔽。外壳可以开口，通过所述开口可以将试样13装入装置中或从装置中取出。开口可以安置有可分离的或铰接的闭合物或门。

测试试样支撑体17优选是可调节的，以为了最优化目的而实现测试试样相对于射束路径15在至少微米尺度上的位置调节。该调节可以例如通过微米螺钉或由压电元件(未示出)控制的调节装置实现。此外，测试试样支撑体17优选能够在具有或不具有容器的情况下支撑不同空间结构的测试试样。

根据本发明的材料映像装置10具有适合在桌19例如诸如实验室桌上使用的整体尺寸。

材料映像装置10可以包括成像显示装置33，或可以连接到外部图像显示装置例如诸如计算机，其可以配备以进行从装置10得到的信号的进一步处理。

可以看出，实施方案显示的材料映像装置10在辐射源14a、14b、14c和试样之间的射束路径15中没有光学器件，并且在检测器16和试样之间没有光学器件。这种非常净的设置减少了光学噪声例如衍射和非线性效应，其可能由例如透镜导致，充分消除了这种噪声的来源。

在下列内容中解释根据本发明的材料映像装置的使用的实施例。

以下所述的实施例具有根据以上关于图1所述的实施方案的检测器元件。

实施例1：全视野软x-射线成像

在软x-射线成像中，位于2.4-4.5nm波长处的所谓的水窗口(参见图7，Per Takman的“紧凑型软X-射线显微镜(Compact Soft X-Ray Microscopy)”)提供了得到在水和蛋白或其它含碳物质之间的反衬度的良好机会。能量为250-500eV的光子在撞击时将在检测器材料中产生约75-150个电子-空穴对/光子，其足以用于质心计算。

在水窗口内的波长发射光子的源的实例是这样的源，例如基于箍缩等离子体原理(pinch plasma principle)或基于激光产生的等离子(LaserProduced Plasma)(LPP)的源。

在图5中示例的此装置中，源14具有13μm的射束，并且所述源被放置距样品39mm。射束的横截面区域优选具有与检测器区域相同的尺寸或比检测器区域更大的尺寸。检测器16被放置在沿射束路径进一步向下距试样13例如0.3mm的短的距离。由于与已知技术相比在源样品距离上减小了十倍，这保留了来自辐射源的更多通量，同时避免了光学损失。

归因于在1μm InP检测器材料中在上述波长的辐射的几乎完全吸收，对于适用于此应用的根据本发明的检测器，优选单层设计。

实施例2：在33keV的断层照相-曝光时间和检测器吸收的确定

用33keV粒子照射图4中的样品或试样，对能量进行选择，使得通过样品的粒子透射率为约20％。33keV电子由同步加速器X-射线源得到。碰撞检测器元件的射束中的光子分布是基本上均匀的。

当信号击中线形电极时，信号处理器选择性地读出信号。读出过程约5ns，并且一个单个粒子在检测器材料中的吸收诱导在2和6个线形电极之间的信号，一个单个粒子的读出平均约20ns。

在100nm的分辨率，如前所述，假定总面积为1mm²，信号将被分配对应于检测器元件的总面积的1/10⁸的面积。为了得到取得高分辨率优点的图像，必须获得在上述尺寸的每一个区域中粒子撞击的最小值。因此，为了得到均匀的图像，必须检测约10⁸个光子，并且通过使用能够辨别多重碰撞的以上提及的算法的原理，检测一系列读出结果(readout)，这可能典型花费约4毫秒。对于用于保证充分的信噪比所需的信号的典型尺度，是通过收集约200个光子/图像点而得到。因此，在此情况下的典型读出时间为约1秒。

在从检测器元件读出图像的同时，透射的射束将极大地未被干扰(unpertubated)，因此可以在随后的检测器元件中检测。通过随后添加检测器元件可以将这种叠层式构造继续，只要检测器材料中的散射事件基本上不劣化携带信号的x-射线束即可。在例如17个层叠的检测器元件的情况下，检测器层叠体的总吸收变为33keV X-射线的25％，而散射的光子的量仅占射束的0.5％，或小于吸收的粒子的2％。

实施例3：晶体中衍射的测量

在测量过程中，使用直径为1mm，高度为0.5mm的圆柱体形式的试样晶体，并且在射束路径中发射能量为50keV的X-射线源。使用的测试试样支撑体能够支撑圆柱体测试试样，并且能够将其围绕垂直于射束路径的传播方向的轴旋转。

在远场测量中，将检测器元件放置在距试样15cm的距离处。调节检测器元件的位置，使得其覆盖称为布拉格峰(Bragg-peak)的处于能量损失的峰。在此情况下，100nm的分辨率对应于晶格中的约0.0003％的变化，并且因而将揭示关于晶格中的最小变化的信息。

当将检测器放置在距样品2mm的距离处时，它可以覆盖来自样品的角度至多为20度的散射。同时，取向量(orientation volume)的分辨率将为约2.5毫度。在这种布置的情况下，已经显示，可以同时获得真实体积(realvolume)和取向量的高分辨率的特别结果。

归因于根据本发明的检测器中的X-射线的低扰动，可以以层叠构造放置另外的检测器和/或使用这样的检测器，所述检测器具有较低分辨率，但是具有较大检测器区域从而覆盖几个布拉格峰。

实施例4：半导体电路中的裂纹和空隙

在使用穿透粒子的情况下，根据本发明的检测器的高分辨率和紧凑设计以及因此的材料映像装置与样品的非破坏性探查一起，实现了半导体电路中的裂纹和空隙的快速和便利的成像。这种特征可以用材料映像装置直接判定，所述材料映像装置采取用于如以上实施例2中所述的断层照相的构造。

空隙和裂纹在X-射线成像中具有另一个显著优点，即，当使用相衬成像时，它们非常清楚地显示。相衬成像需要相干束和这样的从试样至检测器的距离，所述距离大得足以在检测器上接收来自样品的复折射率(complex refractive index)中的反衬度的干涉图案。可以与同步加速器辐射结合使用的家用-实验室用源在相对小的尺寸上可用，例如，作为来自U.S.A.company Lyncean Technologies，Inc.Palo Alto，CA的紧凑型光源(Compact Light Source)。

应当指出，优选实施方案的以上描述仅是实例。可以将不同实施方案的细节合并到权利要求范围内的新的实施方案中。并且可以进行改变。作为一个实例，检测器材料可以以比检测器区域更大的尺寸制备，使得检测器材料的晶片与基底6重叠至在检测器区域中不需要基底6的程度，因为检测器材料在检测器区域中是自承载的。线形电极不必是直线。备选地，可以将它们以弯曲的图案或由几个直的部分组成的图案放置。然而，归因于在图像的重建中产生的计算的简单性，直的、基本上平行的线的图案是优选的。

图9示例通过试样载体70的底部的横截面，载体70优选是由玻璃制成的载体。试样载体内表面71具有区域72，所述区域72的尺寸稍微大于检测器16的检测器区域。区域72位于内表面71中的凹部73的底部。试样13位于区域72上。试样载体70的底部的下表面74安置有向上延伸的凹部75，所述凹部75在比试样载体表面大的区域上延伸。该区域大到使得凹部75匹配检测器16的完全突出的部分。检测器16从作为装置10(图5)内的水平表面的表面76突出。在突出的检测器的任一侧，表面76安置有面向上的斜边表面77、78，并且这些表面起用于相对于检测器区域定位试样的导向表面的作用。试样载体70在底部的下表面中具有至少一个斜边导向表面，当将载体定位在检测器元件上时，所述至少一个斜边导向表面与相应的一个或多个导向表面77、78配合。

试样载体可以具有保护试样的盖(cover)80或盖子(lid)。在一个优选的实施方案中，盖具有位于凹部73上方的小壁厚的凹陷区域81，使得仅少量的载体材料存在于射束路径中。

如果期望无菌气氛，则例如通过使用在内表面71或在盖80的内表面82上的粘合剂，可以将盖或盖子密封到试样载体70。如果在试样上方的封闭空间中需要较大的容积，则可以将试样放置在具有盖91的盘90中，如图10中示例的。一个或多个夹具92连接两个部分，并且在凹部中的密封构件例如O-环93保证试样载体内的容积的有效率密封。在试样处于试样载体中的无菌条件下的情况下，在整个成像过程中保持无菌性。试样载体的此实施方案在要安置在射束路径中的区域中也具有小的壁厚，例如小于0.2mm。

本发明的另外方面可以在下列定义要点中表达，其可以与如在后附权利要求中定义的本发明的各种实施方案组合应用，或作为独立于后附权利要求中定义的发明的本发明方面的范围的单独定义：

第一的另外的方面涉及试样载体，所述试样载体适用于促进样品例如生物物质样品的高专用分辨率成像。以下提及的试样载体允许在得到图像的同时将试样非常接近检测器放置，并且这改进图像质量。

A1.一种用于以上提及的装置的试样载体，其包括壁厚小于0.2mm的试样载体表面，所述试样载体表面优选作为试样容器的底壁中的凹陷区域提供。

A2.A1中所述类型的试样载体，其中所述试样载体是容器，在将试样放置在试样载体表面上以后，可以将所述容器从周围环境封闭或密封。

A3.A1或A2中所述类型的试样载体，其中所述试样载体表面的面积具有至少与根据本发明的检测器中的检测器区域相同的尺寸。

A4.A1至A3中任一项所述类型的试样载体，其中所述试样载体的底部的下表面安置有向上延伸的凹部，所述凹部在比试样载体表面大的区域上延伸。

A5.A1至A4中任一项所述类型的试样载体，其中所述试样载体的底部的下表面安置有至少一个导向表面，所述导向表面用于将试样相对于检测器元件定位。

第二个另外的方面涉及检测器和试样载体的组合，目的在于促进样品例如生物物质样品的高专用分辨率成像。

B1.检测器和试样载体的组合，其中所述试样载体具有壁厚小于0.2mm的试样载体表面。

B2.要点B1中所述的组合，其中所述试样载体表面作为试样容器的底壁中的凹陷区域提供。

B3.要点B1或B2中所述的组合，其中所述试样载体表面的面积具有至少与检测器中的检测器区域相同的尺寸。

B4.要点B1至B3中任一项所述的组合，其中所述试样载体的底部的下表面安置有向上延伸的凹部，所述凹部在比试样载体表面大的区域上延伸。

B5.要点B1至B4中任一项所述的组合，其中所述试样载体的底部的下表面安置有至少一个导向表面，所述导向表面用于将试样相对于检测器元件定位。

Claims

1.一种用于检测能量在150eV至300keV范围内的粒子辐射的检测器，所述检测器具有至少一个检测器元件，所述检测器元件包括：在检测器区域中的半导体检测材料；至少一组线形电极，所述电极在所述检测器区域中延伸并且导电连接到所述半导体检测器材料的至少一个表面；和与所述线形电极通信的信号处理器，其中单独组的线形电极包括多个线形电极，所述线形电极在所述单独组中以小于2μm的带间距布置，并且所述在检测器区域中的半导体检测器材料的厚度(t)最大是所述线形电极的带间距(s)的三倍，

并且其中所述信号处理器包括信号收集装置和信号读出装置，所述信号读出装置具有至少8,000帧/秒(8kfps)的读出能力。

2.根据权利要求1所述的检测器，其中所述检测器具有处理单元，所述处理单元具有用于康普顿散射粒子活性和/或高能荧光活性的过滤器。

3.根据权利要求1所述的检测器，其中所述单独组中的所述线形电极以小于约1μm的带间距布置。

4.根据权利要求1所述的检测器，其中所述单独的线形电极的宽度最大是所述线形电极的所述带间距的20％。

5.根据权利要求1所述的检测器，其中所述半导体检测器材料包含至少一种原子序数(Z)高于14的构成金属元素。

6.根据权利要求1所述的检测器，其中所述半导体检测器材料选自包括InP、CdZnTe、CdTe、HgI₂、GaAs、PbI₂、TIBr、BiI₃、HgCdTe、HgZnTe或它们的变体的组。

7.根据权利要求1所述的检测器，其中所述检测器元件包括至少两组线形电极。

8.根据权利要求1所述的检测器，其中所述信号读出装置具有至少40,000帧/秒(40kfps)的读出能力。

9.根据权利要求1所述的检测器，其中将多个检测器元件以叠层式构造安装。

10.根据权利要求1所述的检测器，其中所述信号处理器或多个中央处理器适用于以比所述线形电极的带间距(s)更好的空间分辨率(σ)确定引入的粒子的撞击位置。

11.根据权利要求10所述的检测器，其中所述信号处理器或多个中央处理器适用于以＜s/4的空间分辨率σ确定引入的粒子的撞击位置。

12.根据权利要求10所述的检测器，其中所述信号处理器或多个中央处理器通过基于来自多个线形电极的信号的质心计算而确定单独粒子的撞击位置。

13.根据权利要求10所述的检测器，其中所述信号处理器或多个中央处理器通过使用来自至少一个线形电极的时间依赖性信号确定单独粒子的撞击位置。

14.根据权利要求10所述的检测器，其中所述信号处理器或多个中央处理器，通过使用来自至少一个线形电极的时间依赖性信号和来自至少两个线形电极的信号强度或基于来自多个所述线形电极的信号的质心计算的组合，确定单独粒子的撞击位置。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的检测器，其中所述信号收集装置选择性地从携带电流的线形电极进行收集。

16.根据权利要求1至14中任一项所述的检测器，其中以并排构造具有多个检测器元件。

17.根据权利要求1至14中任一项所述的检测器，其中在所述射束的传播方向上将两个以上的检测器元件或两个以上的检测器元件层叠体相互隔开。

18.材料映像装置，所述材料映像装置包括在射束路径中产生粒子束的源，位于所述射束路径处的测试试样支撑体，和检测器，其中所述检测器是根据权利要求1至14中任一项所述的检测器。

19.根据权利要求18所述的材料映像装置，其中所述检测器位于在射束路径方向上的下游离所述测试试样支撑体小于20mm的距离处，并且所述源发射能量在200至600eV范围内的光子。

20.根据权利要求19所述的材料映像装置，其中所述测试试样处于密封室中。

21.根据权利要求19所述的材料映像装置，其中与所述源相比，所述检测器距所述测试试样的距离更短，所述测试试样包括蛋白或其它含有碳的材料。

22.根据权利要求19所述的材料映像装置，其中在所述源和所述检测器之间的所述射束路径没有光学器件。

23.根据权利要求19所述的材料映像装置，其中在所述图像曝光期间，所述检测器位于距所述测试试样小于0.6mm处。

24.根据权利要求19所述的材料映像装置，其中所述测试试样支撑体包括壁厚小于0.2mm的试样载体表面。

25.根据权利要求19所述的材料映像装置，其中所述检测器适用于吸收至少80％的剂量的在曝光期间通过所述试样的辐射。

26.根据权利要求19所述的材料映像装置，其中所述检测器包括多个以叠层式构造位于所述射束路径中的检测器元件，并且所述源发射能量在8keV至80keV范围内的粒子。