CS259709B1 - Vstupní prvek kryogenního nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače - Google Patents

Abstract

Nízkošumový nábojově citlivý předzesilovač zpracovává signály z polovodičových detektorů určených pro spektrometrická měření záření X. Konstrukční řešení musí respektovat nejen požadavky elektronické, ale i kryogenické. Uspořádání vstupního prvku předzesilovače ovlivňuje výsledné konstrukční řešení kryogenního stupně a rozhoduje o funkčních vlastnostech celého spektrometrického stupně. Vstupní prvek předzesilovače tvoří alespoň jedna podložní izolační destička, na které je vytvořen vodivý obrazec pro připojení vývodů čipu tranzistoru, topného prvku a kapacitní zpětné vazby. Může sloužit také k připojení optoelektronického prvku a čidla pro měření teploty. Soustava podložních izolačních destiček je pevně připojena k přívodu chladu kryotechnických prostředků. Toto uspořádání vstupního prvku umožňuje lepší využití omezeného prostoru kryogenních prostředků k umístění funkčních částí. Navržené řešení znamená snížení šumu předzesilovače a tím l zvýšení energetické rozlišovací schopnosti celé detekční jednotky.

Description

Vynález se týká uspořádání vstupního prvku kryogenního nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače s regulovaným chlazením.

Typické obvodové řešení vstupního prvku — obvodu předzesilovače s regulovaným chlazením, obsahuje polovodičový detektor, vazební člen, vstupní diskrétní prvek, kryotechnické prostředky zajišťující chlazení polovodičového detektoru a vstupního diskrétního prvku, topný prvek a další nechlazenou část nízkošumového předzesilovače. Je známa celá řada realizací konstrukčních variant vstupního aktivního prvku a souvisejících součástí zajišťujících jeho regulované chlazení.

Typické uspořádání tvoří tranzistor umístěný na izolačním držáku, který je přichycen na tenkostěnné kovové trubce, na které je umístěn topný prvek. Ke druhému konci tenkostěnné kovové trubky je přiveden přívod chladu.

Uvedené řešení má vedle své robustnosti ještě celou řadu nevýhod. Objevují se zde problémy materiálové, protože taková konstrukce vyžaduje použití kvalitních tepelně vodivých izolačních materiálů a vhodných tmelů odolných proti nízkým teplotám pro spojování jednotlivých dílů. Konstrukční uspořádání vykazuje velké rozptylové kapacity, nedostatečnou mechanickou stabilitu a podobně.

Nepříznivě se projevuje také obtížná montáž choulostivého polovodičového prvku, vazebních členů a jejich vývodů. Robustnost tohoto řešení se projeví jako nevýhoda při požadavku na miniaturizaci celkového provedení předzesilovače. Elektrický příkon topného prvku je relativně vysoký a nepříznivě ovlivňuje spotřebu chladicího média. ' Tyto nedostatky odstraňuje vstupní prvek kryogenního nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače podle vynálezu, jehož podstatou je, že je tvořen alespoň jednou podložní izolační destičkou zhotovenou z korundové keramiky, na jejímž povrchu je vytvořen vodivý obrazec pro připojení vývodů diskrétních funkčních prvků, přitom podložní izolační destička je pevně připojena k přívodu chladu kryotechnických prostředků. Diskrétní funkční prvky tvoří čip tranzistoru, topný prvek, tvořený buď odporovým, nebo polovodičovým elementem, kondenzátor zpětné vazby, případně optoelektronický prvek nebo i čidlo pro měření teploty.

Uspořádání vstupního prvku podle vynálezu umožňuje lépe využít omezený prostor kryogenních prostředků k umístění všech funkčních částí. Minimalizací konstrukčního uspořádání vstupního prvku kryogenního nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače lze docílit zvýšení mechanické stability, snížení mikrofónie, rozptylových kapacit a tepelného příkonu nutného k regulaci teploty tranzistoru. Montáž se zjednodušuje a parametry konstrukce jsou lépe definovány. Zlepší se také kryotechnické podmínky tím, že se urychlí stabilizace teploty vstupního prvku i detektoru a sníží se odpor chladivá. Použití vstupního prvku podle vynálezu ve vstupním obvodu vede ke snížení šumu předzesilovače a tím ke zvýšení rozlišovací schopnosti detekční jednotky, která je určujícím parametrem celého detekčního zařízení.

Konkrétní uspořádání vstupního prvku kryogenního nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače podle vynálezu je uvedeno na přiloženém výkrese. Na podložní destičce '1 je vytvořen vodivý obraz 2, který slouží k připojení vývodů diskrétních funkčních prvků 3, 4 a 5, případně také 6 a 7, přitom podložní izolační destička 1 je pevně připojena k přívodu chladu 8 kryotechnických prostředků. Diskrétní funkční prvky 3 avoří čip tranzistoru, 4 topný prvek a 5 kondenzátor zpětné vazby. Funkční prvek 6 tvoří optoelektronický prvek a prvek 7 je čidlo pro měření teploty.

Vstupní prvek podle vynálezu byl využit jako součást vstupního obvodu nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače, který je určen ke zpracování signálu z polovodičového detektoru při spektrometrii záření X na rastrovacím elektronovém mikroskopu.

Konstrukční uspořádání podle vynálezu bylo odzkoušeno na konkrétním provedení, kdy podložní izolační destička 1 byla zhotovena z korundové keramiky a na ni byl známou technikou hybridních obvodů vytvořen vodivý obraz 2. Jako prvku 3 bylo použito čipu tranzistoru JFET, kapacitní zpětná vazba pomocí prvku 5 byla realizována vodičem paralelním s vývodem čipu tranzistoru 3 a topný prvek 4 byl vytvořen odporovou vrstvou. Ve funkci čidla teploty 7 byla použita polovodičová dioda.

Vstupní prvek byl spolu s křemíkovým detektorem umístěn v nástavci kryostatu, který se zasouvá do pracovní komory rastrovacího elektronového mikroskopu. V dalším provedení byla použita ještě svítivá dioda jako optoelektronický prvek 6, opticky vázána na čip tranzistora 3.

Vstupní prvek kryogenního nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače podle vynálezu lze využít ve všech aplikacích, kde polovodičový detektor a vstupní obvody předzesilovače jsou udržovány na nízké teplotě.

Claims (2)

1. Vstupní prvek pryogenního nízkošumového nábojově citlivého předzesilovače, vyznačující se tím, že je tvořen alespoň jednou podložní izolační destičkou (1) zhotovenou z korundové keramiky, na jejímž povrchu je vytvořen vodivý obrazec (2) pro připojení vývodů diskrétních funkčních prvků (3, 4, 5), případně (6, 7), přitom podložní izolační destička (1) je pevně připojena k přívodu chladu (8) kryotechnických prostředků.

VYNALEZU

2. Vstupní prvek podle bodu 1, vyznačující se tím, že diskrétní funkční prvek (3) tvoří čip tranzistoru, diskrétní funkční prvek (4) tvoří topný prvek tvořený buď odporovým, nebo polovodičovým elementem a diskrétní funkční prvek (5 j tvoří kondenzátor zpětné vazby, případně diskrétní funkční prvek (6) tvoří optoelektronický prvek a diskrétní funkční prvek (7) tvoří čidlo pro měření teploty.