JP2000187078A - Radiation detecting device, electron microscope and measuring apparatus - Google Patents

Radiation detecting device, electron microscope and measuring apparatus

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JP2000187078A
JP2000187078A JP10364069A JP36406998A JP2000187078A JP 2000187078 A JP2000187078 A JP 2000187078A JP 10364069 A JP10364069 A JP 10364069A JP 36406998 A JP36406998 A JP 36406998A JP 2000187078 A JP2000187078 A JP 2000187078A
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signal
circuit
preamplifier circuit
radiation
preamplifier
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Isao Ochiai
勲 落合
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a detecting device which reduces the influence of an external noise and whose sensitivity is high by a method wherein a signal processing circuit is controlled and the input of a signal from a preamplifier circuit is inhibited temporarily. SOLUTION: Whenever X-rays are incident on a detecting element 101 and a detecting element 102, the waveform of the output voltage of a preamplifier circuit 31 and that of the output voltage of a preamplifier circuit 32 rise stepwise. When the voltages become 0 V, they are reset to a certain negative value so as to become a sawtooth waveform. The waveform of the output voltage of the preamplifier circuit 31 and that of the voltage of the preamplifier circuit 32 are differentiated by a differentiating circuit 61 and a differentiating circuit 62. A control-signal generation circuit 71 generates a control signal used to operate a pulse-height analytical circuit 53 and a pulse-height analytical circuit 54. That is to say, when the preamplifier circuits 31, 32 are in a reset state, or when a vibration level detected by a vibration detector 65 becomes a set level or higher, the input processing operation of the pulse-height analytical circuit 53 and that of the pulse-height analytical circuit 54 are inhibited temporarily, and signal information which is input is ignored. Thereby, in a resetting operation, an unexpected electromagnetic radiation noise or the like is excluded, and an intrinsic spectrum is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電子線等の荷電粒子
あるいはX線を試料に照射し、発生する特性X線や蛍光
X線を高感度かつ高精度に検出あるいは分析する装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for irradiating a sample with charged particles such as an electron beam or X-rays and detecting or analyzing characteristic X-rays or fluorescent X-rays generated with high sensitivity and high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】特性X線または蛍光X線は試料を構成す
る元素に特有なエネルギを持つことを利用して、電子線
等の荷電粒子またはX線を試料に照射し、試料から出る
特性X線または蛍光X線を検出して試料の元素分析を行
う方法がある。元素分析を行うためには、これらX線の
単位時間あたりの発生個数を、X線のエネルギごとに計
数する必要がある。X線を検出する手段としては、シリ
コンやゲルマニウム等の半導体結晶を用いた半導体検出
素子を用いるのが現在一般的である。
2. Description of the Related Art Characteristic X-rays or fluorescent X-rays have the characteristic energy of the elements constituting a sample, and are irradiated with charged particles such as electron beams or X-rays to the sample, and the characteristic X-rays emitted from the sample are emitted. There is a method of performing elemental analysis of a sample by detecting X-rays or fluorescent X-rays. In order to perform elemental analysis, it is necessary to count the number of X-rays generated per unit time for each X-ray energy. As a means for detecting X-rays, a semiconductor detection element using a semiconductor crystal such as silicon or germanium is generally used at present.

【0003】図10に上記の半導体検出素子を用いた放
射線検出装置の代表的な構成を示す。ここで、格納容器
231の部分は内部の構造を明示するために断面で示し
た。この放射線検出装置は、格納容器231、上記格納
容器231内に設置された半導体X線検出素子101、
前置増幅回路ボックス33に格納された回路とセラミッ
ク容器238内に格納された電界効果トランジスタと発
光ダイオードと帰還コンデンサで構成される前置増幅回
路(図示略)、冷却装置70、冷却棒234、金属網線
235、整形増幅回路51、波高分析装置53からな
る。
FIG. 10 shows a typical configuration of a radiation detecting apparatus using the above semiconductor detecting element. Here, the section of the storage container 231 is shown in a cross section to clearly show the internal structure. The radiation detecting apparatus includes a storage container 231, a semiconductor X-ray detection element 101 installed in the storage container 231,
A preamplifier circuit (not shown) including a circuit stored in the preamplifier circuit box 33, a field effect transistor, a light emitting diode, and a feedback capacitor stored in a ceramic container 238; a cooling device 70; a cooling rod 234; It comprises a metal net 235, a shaping amplifier circuit 51, and a wave height analyzer 53.

【0004】図10で格納容器231内部は真空に封じ
られている。検出素子101とセラミック容器32は摂
氏マイナス150度以下に冷却されている。半導体検出
素子101は相対する電極を有するダイオード構造を有
し、逆方向に電圧が印加されている。逆方向の電圧によ
り検出素子101の内部は空乏層が形成されている。
In FIG. 10, the inside of the storage container 231 is sealed in a vacuum. The detecting element 101 and the ceramic container 32 are cooled to less than minus 150 degrees Celsius. The semiconductor detection element 101 has a diode structure having electrodes facing each other, and a voltage is applied in the opposite direction. A depletion layer is formed inside the detection element 101 by the reverse voltage.

【0005】試料299に電子線202を照射すること
により、試料から特性X線1が放射される。特性X線1
がX線透過窓232を透過して上記空乏層に入射する
と、2次電子(図示せず)を発生し、この2次電子がエ
ネルギを失いながら、入射したX線のエネルギに比例し
た数の電子正孔対を生成する。生成された電子正孔対は
電極間の電界により電極側に移動し、信号として引き出
される。発生する電子正孔対の数は200エレクトロン
ボルトから20キロエレクトロンボルトのエネルギのX
線に対して約50個から5000個である。
By irradiating the sample 299 with the electron beam 202, the sample emits the characteristic X-ray 1. Characteristic X-ray 1
Is transmitted through the X-ray transmission window 232 and enters the depletion layer, thereby generating secondary electrons (not shown). The secondary electrons lose energy, and a number proportional to the energy of the incident X-rays is lost. Generate electron-hole pairs. The generated electron-hole pairs move toward the electrodes due to the electric field between the electrodes, and are extracted as signals. The number of electron-hole pairs generated is from 200 electron volts to 20 kiloelectron volts energy X
About 50 to 5000 lines.

【0006】以下、検出素子101で得られた信号の処
理方法について説明する。検出素子101の電極に達し
た電子は、電荷積分型の前置増幅回路によりその個数に
比例した高さを有する電圧パルス220に変換され、さ
らに電圧パルス220は整形増幅器51により、信号雑
音比が高くなるように瀘波され、電圧パルス310に整
形される。この電圧パルス310は波高分析装置53に
より波高分析され、X線スペクトル400に変換され
る。
Hereinafter, a method of processing a signal obtained by the detection element 101 will be described. The electrons reaching the electrodes of the detection element 101 are converted into voltage pulses 220 having a height proportional to the number thereof by a charge integration type preamplifier circuit. It is filtered high and shaped into a voltage pulse 310. The voltage pulse 310 is subjected to wave height analysis by the wave height analyzer 53, and is converted into an X-ray spectrum 400.

【0007】生成される電子正孔対数の統計的な揺らぎ
と前置増幅回路の雑音のために、あるエネルギのX線に
対する電圧パルス310の高さは一定ではなく、ばらつ
いている。このため、波高分析装置53により得られる
スペクトル400はある幅410を持つ。スペクトル4
00のピーク値の半分の値でのスペクトルの幅410を
エネルギ分解能と呼んでいる。エネルギ分解能が高い、
すなわち幅が小さいほど信号雑音比が高く、かつ、各種
元素からのスペクトルの分離性がよくなり、より高精度
な元素分析が可能となる。
[0007] Due to the statistical fluctuation of the generated electron-hole logarithm and the noise of the preamplifier circuit, the height of the voltage pulse 310 for X-rays of a certain energy is not constant but varies. Therefore, the spectrum 400 obtained by the wave height analyzer 53 has a certain width 410. Spectrum 4
The width 410 of the spectrum at half the value of the peak value of 00 is called energy resolution. High energy resolution,
In other words, the smaller the width, the higher the signal-to-noise ratio and the better the separability of the spectrum from various elements, enabling more precise elemental analysis.

【0008】図11は前置増幅回路の回路図であり、ア
イイーイーイー トランスアクション オン ニューク
リア サイエンス(IEEE Transaction on Nuclear
Science)1971年第18巻第1号115ページから
124ページに述べられている光パルス帰還と呼ばれる
方式の回路である。図11において1は入射X線、2は
電界効果トランジスタ、4は発光ダイオード、6は帰還
コンデンサ、8は演算増幅回路、41は電源、55は利
得調整回路、101は検出素子、115はトランジスタ
2のドレイン、116はトランジスタ2のゲート、11
7はトランジスタ2のソース、118はアース、150
は発光ダイオード4からの光、200は前置増幅回路出
力点である。
FIG. 11 is a circuit diagram of a preamplifier circuit, which shows IEEE Transaction on Nuclear Science.
Science) 1971, Vol. 18, No. 1, pp. 115-124. 11, 1 is an incident X-ray, 2 is a field effect transistor, 4 is a light emitting diode, 6 is a feedback capacitor, 8 is an operational amplifier circuit, 41 is a power supply, 55 is a gain adjustment circuit, 101 is a detection element, and 115 is a transistor 2 , The drain 116 is the gate of the transistor 2, 11
7 is the source of transistor 2, 118 is ground, 150
Is the light from the light emitting diode 4, and 200 is the output point of the preamplifier circuit.

【0009】図11に示すように、上記方式による前置
増幅回路は、X線1を検出する検出素子101からの信
号の入力段である電界効果トランジスタ2、その近傍に
配置した発光ダイオード4と帰還コンデンサ6、電界効
果トランジスタ2からの信号を増幅する増幅回路8およ
び比較回路55により構成されている。
As shown in FIG. 11, the preamplifier circuit according to the above-described method includes a field effect transistor 2 which is an input stage of a signal from a detection element 101 for detecting an X-ray 1, a light emitting diode 4 disposed in the vicinity thereof. It comprises a feedback capacitor 6, an amplifier circuit 8 for amplifying a signal from the field effect transistor 2, and a comparator circuit 55.

【0010】図12はあるX線入力に対する上記方式に
よる前置増幅回路の出力を示す波形図である。図12に
おいて、110はX線入射波形、220は前置増幅回路
出力信号、221は段差、223はリセット信号であ
る。図12により前置増幅回路の動作原理を説明する。
波形110に示したX線の入射を考える。波形110で
線が立っているときにX線が入射したことを表わしてい
る。このX線入射により検出素子101で発生した電荷
は帰還コンデンサ6に蓄積され、前置増幅回路の出力点
200の電圧は波形220に示したように階段状に増加
する。後段の回路によりこの階段状波形220の段差2
21をX線エネルギに相当する信号として取り出す。
FIG. 12 is a waveform diagram showing the output of the preamplifier circuit according to the above-mentioned method with respect to a certain X-ray input. In FIG. 12, 110 is an X-ray incident waveform, 220 is a preamplifier output signal, 221 is a step, and 223 is a reset signal. The operation principle of the preamplifier circuit will be described with reference to FIG.
Consider the incidence of X-rays shown in waveform 110. The waveform 110 indicates that X-rays are incident when the line is standing. The charge generated by the detection element 101 due to the X-ray incidence is accumulated in the feedback capacitor 6, and the voltage at the output point 200 of the preamplifier increases stepwise as shown by the waveform 220. The step 2 of the step-like waveform 220 is determined by the circuit at the subsequent stage.
21 is extracted as a signal corresponding to X-ray energy.

【0011】波形220はX線が入るたびに増加するの
で、このままでは回路に供給している電源電圧近くまで
上がって飽和してしまう。これををふせぐために比較回
路55により帰還コンデンサ6に蓄積された電荷を次の
方法で逃がすようになっている。波形220で示す前置
増幅回路の出力がある電圧222になると比較回路55
はリセット信号223を発生し、図11に示すように、
発光ダイオード4は光150を電界効果トランジスタ2
に照射する。電界効果トランジスタ2は、光150の照
射により、普段電流が流れないようになっている電界効
果トランジスタ2のゲート116とソース117の間に
電流が流れるようになる。帰還コンデンサ6に蓄積され
た電荷を上記ゲート116とソース117の間の経路で
放電し、出力点200の電圧を初期状態に戻す(リセッ
トする)しくみとなっている。この方式により高いエネ
ルギ分解能が得られる。
Since the waveform 220 increases each time X-rays enter, the waveform 220 rises to near the power supply voltage supplied to the circuit and saturates. To prevent this, the charge accumulated in the feedback capacitor 6 by the comparison circuit 55 is released by the following method. When the output of the preamplifier circuit shown by the waveform 220 reaches a certain voltage 222, the comparison circuit 55
Generates a reset signal 223, as shown in FIG.
The light emitting diode 4 emits light 150 to the field effect transistor 2.
Irradiation. The irradiation of the light 150 causes a current to flow between the gate 116 and the source 117 of the field-effect transistor 2 in the field-effect transistor 2, in which current does not normally flow. The charge accumulated in the feedback capacitor 6 is discharged through the path between the gate 116 and the source 117, and the voltage at the output point 200 is returned to the initial state (reset). With this method, high energy resolution can be obtained.

【0012】発生する電子正孔対の数は200エレクト
ロンボルトから20キロエレクトロンボルトのエネルギ
のX線に対して約50個から5000個であることは既
に述べたが、これに対する前置増幅回路の出力レベルは
帰還コンデンサ6の値により決まる。実現できる帰還コ
ンデンサ6の代表的な値50フェムトファラドの場合、
0.16ミリボルトから16ミリボルトである。このよ
うに電圧レベルが低いので、低雑音で信号を検出する必
要がある。このため、検出素子および入力段の検出素子
を低温に冷却し、さらに上記したような特殊なリセット
式の回路を用いて、極力、熱雑音を低減する工夫がなさ
れている。
Although it has already been mentioned that the number of electron-hole pairs generated is about 50 to 5000 for X-rays having an energy of 200 to 20 kiloelectron volts, the preamplifier circuit for this has The output level is determined by the value of the feedback capacitor 6. A typical value of the feedback capacitor 6 that can be realized is 50 femtofarads.
0.16 to 16 millivolts. Since the voltage level is low, it is necessary to detect a signal with low noise. For this reason, it has been devised to cool the detection element and the detection element in the input stage to a low temperature, and further reduce the thermal noise as much as possible by using a special reset type circuit as described above.

【0013】検出素子101、電界効果トランジスタ2
を冷却する冷却装置70はデユワーに貯蔵した液体窒素
を利用する方式とペルチェ効果を利用する方式の2つが
知られている。検出信号は低い信号レベルのために機械
振動の影響を受けやすく、液体窒素の沸騰による振動や
熱交換器のポンプの振動などの影響を低減するために、
金属網線235を用いた冷却路や振動を吸収しやすい支
持具で固定する等の工夫がなされている。
The detecting element 101 and the field effect transistor 2
There are two types of cooling devices 70 that cool liquid crystal, a method using liquid nitrogen stored in a dewar and a method using the Peltier effect. The detection signal is susceptible to mechanical vibration due to the low signal level.To reduce the effects of vibration due to boiling of liquid nitrogen and vibration of the heat exchanger pump,
The cooling path using the metal mesh wire 235 and the fixing with a support that easily absorbs vibration are devised.

【0014】整形増幅器51としては、セミコンダクタ
デテクターズ(Semiconductor Detectors)G.Bertoli
ni, A .Coche編著 1968年ノースホランド(North H
olland)、アムステルダム 232ページから236ペ
ージに述べられているように、アナログ方式の微分回路
と複数段の積分回路を組み合わせたセミガウシアンフィ
ルタを用いたものが、その構成の容易さから汎用的に用
いられている。
As the shaping amplifier 51, Semiconductor Detectors G. Bertoli
edited by ni, A. Coche 1968 North Holland (North H
olland), Amsterdam As described on pages 232 to 236, the one using a semi-Gaussian filter combining an analog differentiating circuit and a multi-stage integrating circuit is generally used because of its easy configuration. Have been.

【0015】フィルタの方式についてはニュークリア
インスツルメント アンド メソッド イン フィジク
ス リサーチ(Nuclear Instruments And Method I
n Physics Research)1990年 A297巻467
ページから478ページに述べられているように、カス
プフィルタと呼ばれる方式が理想的であり、上記セミガ
ウシアンフィルタと比較して、16%エネルギ分解能を
向上できる。しかし、上記カスプフィルタは実現するの
が困難であり、さらにこれらの中間の性能を持つ三角フ
ィルタ方式などが実用的に使われている。近年、理想的
なフィルタを実現するということで、米国特許第534
9193号に述べられているように、前置増幅回路から
の出力をアナログデジタル変換器(ADC)によりデジ
タル信号に変換し、デジタル的にフィルタをかけるとい
うデジタル信号処理方式のものが現われてきた。
Nuclear filter system
Instrument and Method in Physics Research (Nuclear Instruments And Method I
n Physics Research) 1990 A297 467
As described from page 478 to page 478, a system called a cusp filter is ideal, and can improve the energy resolution by 16% as compared with the above semi-Gaussian filter. However, it is difficult to realize the cusp filter, and a triangular filter system having an intermediate performance between them is practically used. In recent years, realizing an ideal filter has been disclosed in US Pat.
As described in US Pat. No. 9193, a digital signal processing system in which an output from a preamplifier circuit is converted into a digital signal by an analog-to-digital converter (ADC) and digitally filtered has appeared.

【0016】一方、元素分析等で分析感度を高くするた
めに、被測定試料からのX線を効率よく、すなわち大き
い検出立体角で検出することも有効である。検出立体角
は試料から検出素子までの距離と検出素子の有感面積で
決まり、上記距離が短いほどそして上記有感面積が大き
いほど大きくなる。距離は検出素子への損傷や、設置で
きる空間の制約から決定される。有感面積については、
有感面積を大きくするとエネルギ分解能が悪くなる、作
製が困難になるなどのため、数10平方ミリメートルの
有感面積が限界である。このため、電子顕微鏡で用いら
れているエネルギ分散型X線分析装置の検出立体角は
0.1から0.3ラジアン程度に留まっている。
On the other hand, it is also effective to detect X-rays from a sample to be measured efficiently, that is, at a large detection solid angle, in order to increase the analysis sensitivity in elemental analysis or the like. The detection solid angle is determined by the distance from the sample to the detection element and the sensitive area of the detection element. The shorter the distance and the larger the sensitive area, the larger the detected solid angle. The distance is determined based on damage to the detection element and restrictions on the space in which the detector can be installed. About the sensitive area,
If the sensitive area is increased, the energy resolution is deteriorated, the fabrication becomes difficult, and the like, so the sensitive area of several tens of square millimeters is the limit. For this reason, the detected solid angle of the energy dispersive X-ray analyzer used in the electron microscope remains at about 0.1 to 0.3 radian.

【0017】分析の感度を上げる別の方法として、被測
定試料に照射する荷電粒子、X線の照射量を多くして試
料から発生するX線量を増やすことが考えられるが、上
記の回路系ではパルスの重なり防止とパルス高さへの変
換処理に時間が必要なため、1秒間に数1000個のX
線が処理できる限界である。また、試料への照射量は、
試料に与える損傷で制限され、特に生物試料や1ナノメ
ートルという微小な領域の分析では損傷が激しくなるの
で上記照射量はなるべく少ないほうが望ましい。
As another method for increasing the sensitivity of the analysis, it is conceivable to increase the dose of charged particles and X-rays irradiated to the sample to be measured to increase the amount of X-rays generated from the sample. Since it takes time to prevent pulse overlap and convert to pulse height, several thousand X / s
The line is the limit that can be processed. Also, the irradiation amount on the sample is
The amount of irradiation is limited by the damage to the sample, and particularly in the analysis of a biological sample or a minute area of 1 nanometer, the damage becomes severe.

【0018】以上、1個の検出素子について述べてきた
が、検出立体角を大きくする別の方法として特開平3−
246862に記載されているように、放射線検出装置
101を2個配置する方法や、特開平7−242741
に記載されているように複数個の検出素子をひとつの格
納容器に配置する方法が知られている。
Although one detecting element has been described above, another method for increasing the detected solid angle is disclosed in
As described in US Pat. No. 2,468,862, a method of arranging two radiation detecting apparatuses 101, a method of
It is known to dispose a plurality of detection elements in one storage container as described in (1).

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術の項で述べ
た放射線検出装置では、冷却に用いる液体窒素の沸騰や
ペルチェ素子熱交換用ポンプによる振動の悪影響を低減
する工夫がなされている。しかしながら、液体窒素中に
氷が形成されるような場合、氷が液体窒素槽に当たるこ
とにより通常の振動より大きな振幅の振動が発生する。
この場合、前置増幅回路の出力信号に上記振動による雑
音が混入し、エネルギ分解能が劣化したり、偽のスペク
トルピークができるなどの問題があった。また、測定室
の扉の開閉や、測定者の声などの音響による振動、モー
ターやコンピューターなどから発生する突発的な電磁波
ノイズなどがある場合についても同様である。これらの
現象によるピークが現われると、特に試料中に含まれる
微量な元素を測定する場合、もともと微量な元素のピー
クと区別がつかなくななる問題があった。
In the radiation detection apparatus described in the section of the prior art, measures are taken to reduce the adverse effects of boiling of liquid nitrogen used for cooling and vibration caused by a Peltier element heat exchange pump. However, in the case where ice is formed in liquid nitrogen, the ice hits the liquid nitrogen tank, so that vibration having a larger amplitude than normal vibration is generated.
In this case, there is a problem that noise due to the vibration is mixed into the output signal of the preamplifier circuit, thereby deteriorating the energy resolution and generating a false spectrum peak. The same applies to the case where the door of the measurement room is opened and closed, vibration caused by sound such as the voice of the measurer, sudden electromagnetic noise generated from a motor or a computer, and the like. When the peaks due to these phenomena appear, there is a problem that it is difficult to distinguish from the peak of the trace element from the beginning, especially when measuring the trace element contained in the sample.

【0020】つぎに、高感度な計測を実現するために従
来の技術の項で述べた複数個の放射線検出装置を配置す
る方法では、検出素子を格納する容器や冷却装置を複数
個必要とするため、装置の占める体積が大きくなり、操
作性が悪くなり、値段も配置した個数分の値段となり、
高価格であるという問題があった。一方、複数個の検出
素子をひとつの格納容器に配置する方法については、上
記の外的要因からくる雑音の他、各素子からの信号線間
の相互作用の影響があり、ある前置増幅回路がリセット
したとき、別の前置増幅回路の信号線に雑音が混入し、
エネルギ分解能が劣化したり、偽のスペクトルピークが
現われるという問題があった。すなわち複数個の検出素
子からスペクトルの和を取ることにより、1個の場合と
比較して、同じ計測時間で約複数倍の信号量の検出が可
能となるが、上述したように偽のピークが観測されやす
く、誤った解釈結果となったり、調べたい元素のスペク
トルと重なって計測不可能となるという課題があった。
Next, in the method of arranging a plurality of radiation detecting devices described in the section of the prior art in order to realize a highly sensitive measurement, a plurality of containers for storing the detecting elements and a plurality of cooling devices are required. Therefore, the volume occupied by the device increases, the operability deteriorates, and the price is the same as the number of arranged devices,
There was a problem that it was expensive. On the other hand, the method of arranging a plurality of detection elements in one storage container is affected by the interaction between signal lines from each element, in addition to the noise caused by the external factors described above. Resets, noise enters the signal line of another preamplifier circuit,
There has been a problem that the energy resolution is deteriorated and a false spectrum peak appears. In other words, by taking the sum of the spectra from a plurality of detection elements, it is possible to detect about a multiple of the signal amount in the same measurement time as compared with the case of one detection element. There was a problem that it was easy to observe, the result of misinterpretation was obtained, and it became impossible to measure due to the overlap with the spectrum of the element to be examined.

【0021】本発明の目的は、複数個の検出素子をひと
つの容器内に配置した放射線検出装置でも外部雑音の影
響を少なくした高感度な放射線検出装置を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a high-sensitivity radiation detecting apparatus in which a plurality of detecting elements are arranged in one container and the influence of external noise is reduced.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、放射線検出素子と、上記放射線検出素子
からの信号を電圧信号に変換し、上記出力電圧がある値
に達したとき初期状態に戻る前置増幅回路を備えた並列
放射線検出装置において、振動、電磁波を計測する手段
を設け、上記計測手段および前置増幅回路からの信号を
認識し、時間的タイミングを補正できる制御信号発生回
路を設け、上記回路からの上記信号処理回路を制御し、
前置増幅回路からの信号取り込みを一時的に禁止する手
段を設けた。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a radiation detecting element and a signal from the radiation detecting element are converted into a voltage signal, and when the output voltage reaches a certain value, an initial value is obtained. In a parallel radiation detection apparatus having a preamplifier circuit returning to a state, a means for measuring vibration and electromagnetic waves is provided, and a control signal generation capable of recognizing signals from the measuring means and the preamplifier circuit and correcting time timing is provided. Providing a circuit, controlling the signal processing circuit from the circuit,
Means are provided for temporarily inhibiting signal take-in from the preamplifier circuit.

【0023】本発明によれば、振動や電磁波雑音が発生
するたび、あるいは前置増幅回路が初期状態にリセット
されるたびに入力信号の収集が禁止されるので、従来問
題となっていた雑音の混入による影響をなくすことがで
きる。また、複数個の検出素子からなる検出装置では、
ある前置増幅回路が初期状態にリセットされると、残り
の前置増幅回路に雑音が混入し、正確な信号が得られな
かったが、本発明により、ある前置増幅回路がリセット
されると、残りの前置増幅回路からの出力信号の収集を
禁止することができるので、従来問題となっていた雑音
の混入による影響をなくすことができ、高感度かつ高精
度なX線検出が可能となる。
According to the present invention, the collection of the input signal is prohibited each time vibration or electromagnetic noise is generated or each time the preamplifier circuit is reset to the initial state. The effect of mixing can be eliminated. Further, in a detection device including a plurality of detection elements,
When a certain preamplifier circuit is reset to an initial state, noise is mixed into the remaining preamplifier circuits, and an accurate signal cannot be obtained.However, according to the present invention, when a certain preamplifier circuit is reset, Since the collection of output signals from the remaining preamplifier circuits can be prohibited, it is possible to eliminate the influence of noise contamination, which has been a problem in the past, and to achieve highly sensitive and highly accurate X-ray detection. Become.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は本発明の一実
施例による放射線検出装置の回路構成のブロック図、図
2は本発明の一実施例における前置増幅回路の構成を示
す回路図、図3は本発明の一実施例による放射線検出装
置の動作を説明する信号波形図、図4は本発明の一実施
例で得られたX線スペクトルを示す図、図5は本発明の
一実施例において、ある条件で得られたX線スペクトル
を示す図、図6は本発明の一実施例において、ある条件
で得られたX線スペクトルの成因を説明する波形図であ
る。また、図7は本発明による放射線検出装置を走査型
電子顕微鏡に適用した場合の構成図であり、図8は本発
明による放射線検出装置の一部を拡大して示す断面図で
ある。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a block diagram of a circuit configuration of a radiation detecting apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration of a preamplifier circuit in one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a circuit diagram, FIG. 3 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the radiation detecting apparatus according to one embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram showing an X-ray spectrum obtained in one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing an X-ray spectrum obtained under a certain condition in one embodiment, and FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the origin of the X-ray spectrum obtained under a certain condition in one embodiment of the present invention. FIG. 7 is a configuration diagram when the radiation detection apparatus according to the present invention is applied to a scanning electron microscope, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing a part of the radiation detection apparatus according to the present invention in an enlarged manner.

【0025】図7、図8を用いて本実施例における放射
線検出装置の構成を説明する。図7で、電子顕微鏡の電
子銃部201で発生した電子線202は、収束レンズ2
03、対物レンズ204を通過して試料室真空容器25
3に設置した試料299に照射される。さらに電子線2
02は端末255より入力した条件に従い、走査コイル
206により軌道を振ることで試料299上を走査でき
るようになっている。
The configuration of the radiation detecting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, an electron beam 202 generated by an electron gun section 201 of an electron microscope is
03, the sample chamber vacuum vessel 25 passing through the objective lens 204
The sample 299 placed on the sample No. 3 is irradiated. And electron beam 2
02 scans the sample 299 by traversing the trajectory by the scanning coil 206 in accordance with the conditions input from the terminal 255.

【0026】試料299の位置は試料台212により変
更できるようになっている。走査した電子線202を照
射して試料299から放射される2次電子を2次電子検
出器211により検出し、試料299の2次電子像を得
るようになっている。前置増幅回路ボックス33、液体
窒素槽208、格納容器231、X線透過窓232、反
射電子除去器233からなる放射線検出装置が試料室真
空容器253に設置されている。前置増幅回路ボックス
33で得られた信号は波高分析回路、バイアス電源、駆
動電源を含む放射線検出制御装置240に送られ、和演
算などの計算が実行される。さらに、電子顕微鏡主制御
装置510内の電子線の走査コイル制御装置252から
の情報とあわせて、試料299に含まれる元素種、元素
濃度、2次元濃度分布などの計算、表示ができるように
なっている。
The position of the sample 299 can be changed by the sample stage 212. Secondary electrons emitted from the sample 299 by irradiating the scanned electron beam 202 are detected by the secondary electron detector 211, and a secondary electron image of the sample 299 is obtained. A radiation detection device including a preamplifier circuit box 33, a liquid nitrogen tank 208, a storage container 231, an X-ray transmission window 232, and a backscattered electron remover 233 is provided in the sample chamber vacuum container 253. The signal obtained by the preamplifier circuit box 33 is sent to a radiation detection control device 240 including a wave height analysis circuit, a bias power supply, and a drive power supply, and a calculation such as a sum operation is performed. Further, calculation and display of element types, element concentrations, two-dimensional concentration distributions, and the like included in the sample 299 can be performed together with information from the electron beam scanning coil control device 252 in the electron microscope main control device 510. ing.

【0027】前置増幅回路ボックス33の側面には本発
明の第1の特徴である電磁波検出器64と振動検出器6
5が設置されており、それぞれの検出信号は放射線検出
制御装置240に送られる。本実施例において電磁波検
出器64はループアンテナの原理で電磁波を検出する。
また、振動検出器65は音声をマイクで検出することで
振動検出するものを用いた。
On the side surface of the preamplifier circuit box 33, the electromagnetic wave detector 64 and the vibration detector 6 which are the first features of the present invention are provided.
5 are provided, and respective detection signals are sent to the radiation detection control device 240. In this embodiment, the electromagnetic wave detector 64 detects electromagnetic waves based on the principle of a loop antenna.
As the vibration detector 65, one that detects vibration by detecting sound with a microphone was used.

【0028】図8は放射線検出器の格納容器231の内
部構造を示す断面図である。2個の高純度シリコン半導
体結晶から作製した検出素子101,102がアルミニ
ウム製のX線を透過させるための穴を有する押さえ板2
41と、検出素子からの信号を取り出すための導体端子
243とボロンナイトライド製の絶縁板242により固
定されている。試料299から放射されるX線1は、反
射電子除去器233、アパチャ236、X線透過窓23
2を通して、検出素子101,102に入射するように
なっている。検出素子101,102に空乏層を作るた
めに押さえ板241に電圧が印加できるようになってい
る。導体端子243はボロンナイトライド製のセラミッ
ク容器238の内部に設置された電界効果トランジスタ
(図示略)のゲートに接続されている。
FIG. 8 is a sectional view showing the internal structure of the storage container 231 of the radiation detector. A holding plate 2 in which detection elements 101 and 102 made of two high-purity silicon semiconductor crystals have holes for transmitting X-rays made of aluminum.
41, a conductor terminal 243 for extracting a signal from the detection element, and an insulating plate 242 made of boron nitride. The X-rays 1 emitted from the sample 299 are reflected by the backscattered electron remover 233, the aperture 236, and the X-ray transmission window 23.
2, the light enters the detection elements 101 and 102. A voltage can be applied to the holding plate 241 to form a depletion layer in the detection elements 101 and 102. The conductor terminal 243 is connected to a gate of a field effect transistor (not shown) provided inside a ceramic container 238 made of boron nitride.

【0029】セラミック容器238は固定治具244に
より固定台235に固定され、電界効果トランジスタの
他に発光ダイオード(図示せず)と帰還コンデンサ(図
示せず)を内蔵している。セラミック容器238内と前
置増幅回路ボックス33内の回路部品により前置増幅回
路が構成される。また、セラミック容器238は外側に
張り付けたヒーター抵抗245により最適温度(約摂氏
−150度)に調整される。検出素子101,102、
セラミック容器238は液体窒素槽208内の液体窒素
に接続された冷却棒234により冷却されている。格納
容器231内は真空封じされている。
The ceramic container 238 is fixed to a fixing base 235 by a fixing jig 244, and incorporates a light emitting diode (not shown) and a feedback capacitor (not shown) in addition to a field effect transistor. The circuit components in the ceramic container 238 and the preamplifier circuit box 33 constitute a preamplifier circuit. The temperature of the ceramic container 238 is adjusted to an optimum temperature (about -150 degrees Celsius) by a heater resistor 245 attached to the outside. Detecting elements 101, 102,
The ceramic container 238 is cooled by a cooling rod 234 connected to liquid nitrogen in the liquid nitrogen tank 208. The inside of the storage container 231 is vacuum-sealed.

【0030】次に、本実施例における電気回路の構成を
図1により説明する。2個の検出素子101,102は
電源41により逆バイアス方向に電圧が印加されてい
る。電源41の電圧は抵抗とコンデンサで構成される安
定回路42により変動が小さくなるようにしている。検
出素子101,102の他端はそれぞれの前置増幅回路
31,32に接続されている。2個の前置増幅回路3
1,32の出力は整形増幅回路51,52に入力され、
信号雑音比が大きくなるようにフィルタされると同時
に、次段の波高分析回路53,54の入力とするために
最適な振幅に増幅される。
Next, the configuration of the electric circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. A voltage is applied to the two detection elements 101 and 102 from the power supply 41 in the reverse bias direction. The fluctuation of the voltage of the power supply 41 is reduced by a stabilizing circuit 42 composed of a resistor and a capacitor. The other ends of the detection elements 101 and 102 are connected to respective preamplifier circuits 31 and 32. Two preamplifier circuits 3
The outputs of 1, 32 are input to shaping amplifier circuits 51, 52,
At the same time, the signal is filtered so as to increase the signal-to-noise ratio, and at the same time, is amplified to an optimum amplitude so as to be input to the next-stage wave height analyzing circuits 53 and 54.

【0031】整形増幅回路51,52からの信号は、試
料に含まれている元素種の特性X線のエネルギに比例し
た高さを持つパルス列からなる。波高分析回路53,5
4は上記パルス列の高さを弁別し、パルスの高さと個数
の関係を調べるものである。波高分析回路53,54に
より処理された結果はデータ処理および入出力制御装置
300により、試料の元素種、元素濃度比などを求める
計算、結果の表示、印刷、保存が実行される。また、デ
ータ処理および入出力制御装置300は、キーボード
(図示略)などによる測定開始時間、終了時間などの条
件の入力設定および上記設定による装置の制御が可能と
なっている。
The signals from the shaping amplifier circuits 51 and 52 are composed of pulse trains having a height proportional to the energy of characteristic X-rays of the element species contained in the sample. Wave height analysis circuits 53, 5
Numeral 4 discriminates the height of the pulse train and examines the relationship between the pulse height and the number. The results processed by the wave height analysis circuits 53 and 54 are subjected to data processing and an input / output control unit 300 to calculate the element type of the sample, the element concentration ratio, and the like, and to display, print, and save the result. The data processing and input / output control device 300 is capable of inputting conditions such as a measurement start time and an end time using a keyboard (not shown) or the like, and controlling the device based on the above settings.

【0032】さらに前置増幅回路31,32の出力信号
は微分回路61,62にも入力される。微分された信号
は制御信号発生回路71に送られる。上記微分回路は本
発明の第2の特徴である。さらに、制御信号発生回路7
1には、本発明の第1の特徴である電磁波検出器64、
振動検出器65からの信号が入力される。制御信号発生
回路71は上記4個の入力信号の状態に応じて制御信号
を発生し、波高分析回路53,54の動作を制御する。
前置増幅回路以降の回路構成は、図7に示した放射線検
出制御装置240に内蔵されている。
The output signals of the preamplifier circuits 31 and 32 are also input to differentiating circuits 61 and 62. The differentiated signal is sent to the control signal generation circuit 71. The above differentiating circuit is a second feature of the present invention. Further, the control signal generation circuit 7
1, an electromagnetic wave detector 64, which is a first feature of the present invention,
A signal from the vibration detector 65 is input. The control signal generation circuit 71 generates a control signal in accordance with the states of the four input signals, and controls the operations of the wave height analysis circuits 53 and 54.
The circuit configuration after the preamplifier circuit is built in the radiation detection control device 240 shown in FIG.

【0033】次に、本実施例における2組の前置増幅回
路の詳細を図2に示す。前置増幅回路31,32は入力
段である電界効果トランジスタ2,3と発光ダイオード
4,5、帰還コンデンサ6,7、演算増幅回路8,9、
比較回路55,56、固定抵抗63’と可変抵抗63で
構成されている。比較回路55,56は前置増幅回路の
出力点200の電圧レベルを監視し、0Vになると発光
ダイオード4,5を光らせ、従来の技術の項で述べたよ
うに、帰還コンデンサー6,7に蓄積した電荷をそれぞ
れ放電し、出力電圧が約−1.5Vに下がるように、発
光ダイオード4,5に印加する電圧と時間を設定してあ
る。発光時間は約5μ秒であった。
Next, details of two sets of preamplifier circuits in this embodiment are shown in FIG. The preamplifier circuits 31 and 32 are input stages of field effect transistors 2 and 3, light emitting diodes 4 and 5, feedback capacitors 6 and 7, operational amplifier circuits 8 and 9,
Comparing circuits 55 and 56, a fixed resistor 63 'and a variable resistor 63 are provided. The comparison circuits 55 and 56 monitor the voltage level of the output point 200 of the preamplifier circuit, and when the voltage reaches 0 V, the light emitting diodes 4 and 5 emit light, and as described in the section of the prior art, store in the feedback capacitors 6 and 7. The voltage and time applied to the light emitting diodes 4 and 5 are set so that the generated electric charges are discharged and the output voltage drops to about -1.5 V. The emission time was about 5 μs.

【0034】固定抵抗63’と可変抵抗63は利得調整
回路の機能をもち、質量数55の鉄の密封線源から放出
されるMnK線を入射した場合に、2個の検出素子から
の出力電圧がほぼ等しくなるように、可変抵抗63の抵
抗値を調整した。これにより、前置増幅回路以降の利得
調整を容易化することが可能となる。
The fixed resistor 63 'and the variable resistor 63 have a function of a gain adjusting circuit. When the MnK line emitted from a sealed iron source having a mass number of 55 is incident, the output voltage from the two detecting elements is adjusted. Are adjusted so that the values are substantially equal to each other. This makes it easy to adjust the gain after the preamplifier circuit.

【0035】ここで、図2の境界線43の左側の回路は
真空中、右側の回路は大気中にある。図7に示した前置
増幅回路ボックス33は、内部に2個の演算増幅回路
8,9、2個の安定回路42を実装した一枚の配線基板
を持つアルミニウム製の箱である。
Here, the circuit on the left side of the boundary line 43 in FIG. 2 is in a vacuum, and the circuit on the right side is in the atmosphere. The preamplifier circuit box 33 shown in FIG. 7 is an aluminum box having a single wiring board in which two operational amplifier circuits 8, 9 and two stabilizer circuits 42 are mounted.

【0036】以下、図3により、本実施例における放射
線検出装置の動作を説明する。波形11,11’は前置
増幅回路31,32の出力点200の電圧波形の一例で
ある。X線が検出素子101,102に入射するごと
に、上記エネルギの大きさに比例した高さだけ階段状に
あがり、ゼロボルトになると、マイナスのある値にリセ
ットされ、波形11,11’に示したように、鋸状の波
形を示す。前置増幅回路31,32の出力電圧波形1
1,11’を微分回路61,62により微分すると波形
12,12’となる。波形12,12’に上側に現われ
るスパイク状の波形が、入射したX線に対応する波形で
ある。下側に現われる大きな振幅のパルスは、前置増幅
回路のリセットに対応する。
Hereinafter, the operation of the radiation detecting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Waveforms 11 and 11 'are examples of voltage waveforms at the output point 200 of the preamplifier circuits 31 and 32. Each time the X-rays enter the detection elements 101 and 102, the X-rays rise stepwise by a height proportional to the magnitude of the energy. When the X-rays reach zero volts, the X-rays are reset to a certain negative value and shown in waveforms 11 and 11 '. Thus, a sawtooth waveform is shown. Output voltage waveform 1 of preamplifier circuits 31, 32
Differentiating 1,11 'by differentiating circuits 61 and 62 results in waveforms 12 and 12'. The spike-shaped waveform appearing on the upper side of the waveforms 12 and 12 'is a waveform corresponding to the incident X-ray. A large amplitude pulse appearing on the lower side corresponds to a reset of the preamplifier circuit.

【0037】波形13は振動検出器65からの波形の一
例である。制御信号発生回路71は微分回路61,6
2、電磁波検出器64からの信号に対して、波形14,
14’,15の波形を比較回路により発生する。さら
に、波形14,14’,15の和信号を取り、波形16
を発生し、この信号により、波高分析回路53,54の
動作を制御する構成になっている。
A waveform 13 is an example of a waveform from the vibration detector 65. The control signal generating circuit 71 includes differentiating circuits 61 and 6
2. With respect to the signal from the electromagnetic wave detector 64, the waveform 14,
Waveforms 14 'and 15 are generated by a comparison circuit. Further, a sum signal of the waveforms 14, 14 ', and 15 is obtained, and a waveform 16 is obtained.
Is generated, and the operation of the wave height analyzing circuits 53 and 54 is controlled by this signal.

【0038】すなわち前置増幅回路31,32がリセッ
ト状態にある場合、または、振動検出器65で検出され
た振動が一定レベル以上になった場合に、波高分析回路
53,54の入力処理を一時禁止するようになってい
る。入力処理が一時禁止されると、入力された信号情報
は無視される。
That is, when the preamplifier circuits 31 and 32 are in a reset state, or when the vibration detected by the vibration detector 65 has exceeded a certain level, the input processing of the pulse height analyzing circuits 53 and 54 is temporarily stopped. It is banned. When the input processing is temporarily prohibited, the input signal information is ignored.

【0039】本実施例で、制御信号発生回路71は時間
調整回路(図示せず)を有しており、これによりリセッ
ト時間より長めの時間(約10μ秒)、すなわちリセッ
ト時の雑音が完全になくなるまで入力信号を無視するよ
うにした。
In this embodiment, the control signal generating circuit 71 has a time adjusting circuit (not shown), so that a time longer than the reset time (about 10 μsec), that is, noise at the time of reset is completely reduced. Ignored the input signal until it disappeared.

【0040】以下、本実施例の放射線検出装置を鉄の5
5の密封線源からのX線により評価した結果について述
べる。上記密封線源からは、鉄の55が電子捕獲により
崩壊するさいにマンガンケイアルファ(MnKα)線、
マンガンケイベータ(MnKβ)線とよばれるX線が放
射される。上記二つのX線のエネルギはそれぞれ5.9
キロエレクトロンボルト、6.5キロエレクトロンボル
トである。
Hereinafter, the radiation detecting apparatus of this embodiment is
The results evaluated by X-rays from the sealed radiation source No. 5 will be described. From the sealed source, a manganese silicon alpha (MnKα) line is used when iron 55 is broken down by electron capture.
X-rays called manganese silicate beta (MnKβ) rays are emitted. The energy of each of the two X-rays is 5.9
Kiloelectron volts, 6.5 kiloelectron volts.

【0041】図4、図5はそれぞれ制御信号発生回路7
1からの制御信号がない場合とある場合に得られたX線
スペクトルである。図4に示したように、制御信号発生
回路71からの制御信号がない場合には、密封線源から
のMnKα線、MnKβ線に対応する2本のピーク31
1,312のほかにピーク313が観測された。
FIGS. 4 and 5 show the control signal generating circuit 7 respectively.
7 shows X-ray spectra obtained when there is no control signal from No. 1 and in some cases. As shown in FIG. 4, when there is no control signal from the control signal generation circuit 71, two peaks 31 corresponding to the MnKα line and the MnKβ line from the sealed radiation source.
A peak 313 was observed in addition to 1,312.

【0042】図6は前置増幅回路31,32の出力電圧
波形の測定例である。前置増幅回路31の出力波形14
がリセットすると、前置増幅回路32の出力波形14’
に波形140に示した雑音が寄生することが観測され
た。上記雑音の混入した信号が整形回路52を介して、
波高分析回路54により処理されると、ピーク313が
観測されることが判明した。実際に図5に示すように、
制御信号発生回路71からの制御信号を用いて波高分析
回路54を制御することにより、ピーク313のないス
ペクトルが得られた。
FIG. 6 shows a measurement example of the output voltage waveforms of the preamplifier circuits 31, 32. Output waveform 14 of preamplifier circuit 31
Is reset, the output waveform 14 'of the preamplifier circuit 32 is
It was observed that the noise shown in waveform 140 was parasitic. The signal mixed with the noise passes through the shaping circuit 52,
When processed by the wave height analysis circuit 54, it was found that the peak 313 was observed. Actually, as shown in FIG.
By controlling the peak analysis circuit 54 using the control signal from the control signal generation circuit 71, a spectrum without the peak 313 was obtained.

【0043】本実施例における並列放射線検出装置で
は、従来の方式で問題となっていたリセット時および突
発的な電磁放射雑音、騒音による雑音の影響を除外でき
るので、本来のスペクトルを得ることができた。さら
に、2個の検出素子からの信号を同時に検出することに
より、検出立体角が約2倍になるので、1個の場合の分
析感度を得るのに必要な計測時間を半分に短縮できた。
また、同じ計測時間では1.4倍の分析感度の向上が可
能となった。
In the parallel radiation detection apparatus according to the present embodiment, the original spectrum can be obtained because the influence of noise due to noise caused by electromagnetic radiation noise and noise at the time of resetting and sudden noise which has been a problem in the conventional method can be excluded. Was. Further, by simultaneously detecting the signals from the two detection elements, the detection solid angle is approximately doubled, so that the measurement time required to obtain the analysis sensitivity in the case of one detection element can be reduced by half.
In addition, it was possible to improve the analysis sensitivity by a factor of 1.4 at the same measurement time.

【0044】本実施例では2個の検出素子を用いた例を
示したが、検出素子の個数については特に限るものでは
なく、1個以上の検出素子の場合についても本発明が有
効である。また、前置増幅回路の比較回路55,56か
らの信号を取り出して、制御する方法も考えられるが、
各前置増幅回路からの配線本数が1本さらに必要とな
り、検出素子の個数が多くなると配線コネクタに必要な
空間を確保するために前置増幅回路ボックス33が大き
くなったり、前置増幅回路ボックス33と放射線検出制
御装置240の間の配線が太くなってしまうという問題
があり、本発明はこの問題についても有効であった。
In this embodiment, an example in which two detecting elements are used has been described. However, the number of detecting elements is not particularly limited, and the present invention is also effective in the case of one or more detecting elements. A method of taking out signals from the comparison circuits 55 and 56 of the preamplifier circuit and controlling them is also conceivable.
The number of wires from each preamplifier circuit is one more. If the number of detection elements increases, the size of the preamplifier circuit box 33 increases in order to secure the space required for the wiring connector. There is a problem that the wiring between the radiation detection control device 33 and the radiation detection control device 240 becomes thick, and the present invention is also effective for this problem.

【0045】(実施例2)本発明による第2の実施例を
図9を用いて説明する。本実施例では、デジタル信号処
理回路を用いた。実施例1で用いたものと同じ前置増幅
回路31,32からの信号をアンチエイリアシングアン
プ601により、5メガヘルツ以上の高周波成分をカッ
トし、アナログデジタル変換器(ADC)602の入力
レベルに増幅する。本実施例では約5倍に増幅し、振幅
1.5ボルトの鋸状波形を8ボルト最大振幅を持つ波形
に変換した。この信号をADC602により変換し、デ
ジタル化したデータをリングメモリ603に一時保存す
る。本実施例では上記ADC602のサンプリング周波
数を10メガヘルツ、分解能を16ビットとした。
(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a digital signal processing circuit is used. The same signals from the preamplifier circuits 31 and 32 used in the first embodiment are cut by an anti-aliasing amplifier 601 to remove high-frequency components of 5 MHz or more and amplified to an input level of an analog-to-digital converter (ADC) 602. . In this embodiment, the signal is amplified about five times, and the sawtooth waveform having an amplitude of 1.5 volts is converted into a waveform having a maximum amplitude of 8 volts. This signal is converted by the ADC 602, and the digitized data is temporarily stored in the ring memory 603. In this embodiment, the sampling frequency of the ADC 602 is set to 10 megahertz and the resolution is set to 16 bits.

【0046】信号認識回路605によりメモリ603に
蓄積されたデータをデジタル的に微分演算し、X線入射
に伴う階段状のステップとリセットを認識する。デジタ
ル信号処理回路604は認識回路605からの結果を受
け、リングメモリ603に蓄積されたデータを計算す
る。すなわちステップを認識した場合には二つ前のステ
ップまでのデータを用いて一つ前のステップの高さを計
算する。
The signal stored in the memory 603 is digitally differentiated by the signal recognizing circuit 605 to recognize a step-like step and reset accompanying X-ray incidence. The digital signal processing circuit 604 receives the result from the recognition circuit 605 and calculates the data stored in the ring memory 603. That is, when a step is recognized, the height of the previous step is calculated using the data up to the previous two steps.

【0047】計算した結果はデータ処理および入出力制
御装置300に送られ、X線スペクトルを求めるための
データとして保存される。リセットと認識された場合に
はリングメモリの対応するデータを無視する。デジタル
信号処理回路604では、1つ前のステップの前後のデ
ジタルデータに所定の重みを掛けて和を取ることにより
行なう。上記重みの掛け方はデータ処理および入出力制
御装置300を介して、デジタル信号処理部内のプログ
ラムを書き換えることにより自由に設定できる。
The calculated result is sent to the data processing and input / output control device 300 and stored as data for obtaining an X-ray spectrum. If the reset is recognized, the corresponding data in the ring memory is ignored. The digital signal processing circuit 604 multiplies the digital data before and after the immediately preceding step by a predetermined weight to obtain a sum. The way of weighting can be freely set by rewriting the program in the digital signal processing unit via the data processing and input / output control device 300.

【0048】X線の入射する割合が少なく、リングメモ
リ603の容量が不足する場合には、最新のステップか
らの時間を検出して、ある時間が経過すると疑似ステッ
プ信号を発生し、疑似ステップ信号までのデジタルデー
タを用いて計算する。また、ステップ信号間の時間、す
なわちあるX線入射から次のX線入射までの時間がデジ
タル信号処理部の処理時間より短い場合には、禁止信号
を発生させて、信号処理を飛ばすようになっている。
When the rate of incidence of X-rays is small and the capacity of the ring memory 603 is insufficient, the time from the latest step is detected, and after a certain time, a pseudo step signal is generated, and the pseudo step signal is generated. Calculate using digital data up to. Also, when the time between step signals, that is, the time from one X-ray incidence to the next X-ray incidence is shorter than the processing time of the digital signal processing unit, a prohibition signal is generated to skip the signal processing. ing.

【0049】さらに、本発明の特徴である制御信号発生
回路71は2つの信号認識回路605からのリセットに
関する信号、電磁波検出器64と振動検出器65からの
信号を解析することにより制御信号を発生し、2つのデ
ジタル信号処理回路604を制御する。すなわち、リセ
ット、突発的な電磁波雑音、振動雑音が発生した場合
に、信号処理を禁止する信号を発生するようになってい
る。
Further, the control signal generation circuit 71, which is a feature of the present invention, generates a control signal by analyzing the reset signal from the two signal recognition circuits 605 and the signals from the electromagnetic wave detector 64 and the vibration detector 65. And controls the two digital signal processing circuits 604. That is, when reset, sudden electromagnetic wave noise, or vibration noise occurs, a signal for inhibiting signal processing is generated.

【0050】本実施例においても各前置増幅回路のリセ
ット時に全信号の収集を禁止し、かつ突発的な電磁波雑
音、振動雑音発生時にも信号収集を禁止しているので、
従来問題となっていた前置増幅回路出力信号への雑音の
混入による影響がなくなり、本来のスペクトルを得るこ
とができる。
In this embodiment as well, collection of all signals is prohibited when each preamplifier circuit is reset, and signal collection is also prohibited when sudden electromagnetic wave noise or vibration noise occurs.
This eliminates the influence of noise on the output signal of the preamplifier circuit, which has been a problem in the past, and allows the original spectrum to be obtained.

【0051】本発明の実施例1および2では、高純度シ
リコン検出素子を用いた例を示したが、シリコンにリチ
ウムを拡散させた結晶や高純度ゲルマニウム結晶など、
ほかの半導体材料を用いた検出素子についても、本発明
が適用されうることは自明である。
In the first and second embodiments of the present invention, an example using a high-purity silicon detecting element has been described. However, a crystal in which lithium is diffused in silicon, a high-purity germanium crystal, or the like may be used.
It is obvious that the present invention can be applied to a detection element using another semiconductor material.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明では突発的
な電磁波雑音、振動雑音が発生する、または他の前置増
幅回路が初期状態に戻るときにある前置増幅回路出力信
号に混入する雑音の悪影響を、信号の収集を停止するこ
とにより自動的に排除しているので、従来技術と比較し
て高精度なX線検出を実現することが可能となった。ま
た、これにより複数個の検出素子による高精度なX線検
出が可能となり、大検出立体角でかつ単位時間に検出で
きるX線量の増加が実現でき、計測時間の短縮と分析感
度の向上が可能となった。
As described above in detail, according to the present invention, sudden electromagnetic noise or vibration noise is generated, or when another preamplifier circuit returns to the initial state, it is mixed with the output signal of the preamplifier circuit. Since the adverse effect of the noise is automatically eliminated by stopping the signal collection, X-ray detection with higher accuracy than in the related art can be realized. In addition, this makes it possible to detect X-rays with high accuracy using a plurality of detection elements, realize a large solid angle and increase the amount of X-ray that can be detected in a unit time, shorten the measurement time, and improve the analysis sensitivity. It became.

【0053】また、雑音の混入防止のための実装対策が
不要となるので、複数個の検出素子をひとつの格納容器
内に高密度に配置することが可能となり、装置を小型化
でき、かつ安価に製造することが容易になる。
Further, since no mounting measures are required to prevent noise from being mixed, a plurality of detecting elements can be arranged at high density in one storage container, and the apparatus can be reduced in size and inexpensive. Easy to manufacture.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す放射線検出装置の
ブロック図。
FIG. 1 is a block diagram of a radiation detecting apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例における放射線検出装置
の回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram of the radiation detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例のおける放射線検出装置
の動作を説明する波形図。
FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the radiation detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例において得られたX線ス
ペクトル図。
FIG. 4 is an X-ray spectrum diagram obtained in the first example of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例において得られたX線ス
ペクトル図。
FIG. 5 is an X-ray spectrum diagram obtained in the first example of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例において得られたX線ス
ペクトルの成因を説明する波形図。
FIG. 6 is a waveform chart for explaining the origin of an X-ray spectrum obtained in the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の放射線検出装置を走査型電子顕微鏡に
適用した実施例の縦断面図。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an embodiment in which the radiation detection device of the present invention is applied to a scanning electron microscope.

【図8】本発明の放射線検出器の格納容器の内部構造を
示す横断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the internal structure of the storage container of the radiation detector of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例を示す放射線検出装置の
ブロック図。
FIG. 9 is a block diagram of a radiation detecting apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図10】従来の放射線検出装置を説明する構成図。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a conventional radiation detection device.

【図11】従来の前置増幅回路を示す回路図。FIG. 11 is a circuit diagram showing a conventional preamplifier circuit.

【図12】従来の前置増幅回路の動作を説明する信号波
形図。
FIG. 12 is a signal waveform diagram illustrating an operation of a conventional preamplifier circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…X線、2,3…電界効果トランジスタ,4,5…発
光ダイオード,6,7…帰還コンデンサ,8,9…演算
増幅回路,11,11’…前置増幅回路出力電圧波形,
12,12’…微分波形,13…電磁波雑音波形,1
4,14’,15…制御信号発生回路の内部信号波形,
16…制御信号発生回路の出力信号波形、31、32…
前置増幅回路、33…前置増幅回路ボックス、41…電
源、42…安定回路、43…境界線、51,52…整形
増幅回路、53,54…波高分析回路、55,56…比
較回路、61,62…微分回路、63…可変抵抗、6
3’…固定抵抗、64…電磁波検出器、65…振動検出
器、70…冷却装置、71…制御信号発生回路、10
1,102…検出素子、110…X線入射波形、200
…前置増幅回路出力点、201…電子銃部、202…電
子線、203…収束レンズ、204…対物レンズ、20
6…走査コイル、208…液体窒素槽、211…2次電
子検出器、212…試料台、220…前置増幅回路出力
信号、221…段差、223…リセット信号、231…
格納容器、232…X線透過窓、233…反射電子除去
器、234…冷却棒、235…固定台、238…セラミ
ック容器、240…放射線検出制御装置、241…押さ
え板、242…絶縁板、243…導体端子、244…固
定治具、245…ヒーター抵抗、250…電子銃制御装
置、251…電子レンズ制御装置、252…走査コイル
制御装置、253…試料室真空容器、255…端末、2
99…試料、300…データ処理および入出力制御装
置、510…電子顕微鏡主制御装置、601…アンチエ
イリアシングアンプ、602…アナログデジタル変換
器、603…リングメモリ、604…デジタル信号処理
回路、605…信号認識回路。
1 X-ray, 2, 3 field-effect transistor, 4, 5 light-emitting diode, 6, 7 feedback capacitor, 8, 9 operational amplifier circuit, 11, 11 'output voltage waveform of preamplifier circuit,
12, 12 ': differential waveform, 13: electromagnetic noise waveform, 1
4, 14 ', 15 ... internal signal waveforms of the control signal generation circuit,
16 output signal waveforms of the control signal generation circuit, 31, 32 ...
Preamplifier circuit, 33 Preamplifier circuit box, 41 Power supply, 42 Stabilization circuit, 43 Boundary line, 51, 52 Shaping amplifier circuit, 53, 54 Wave height analysis circuit, 55, 56 Comparison circuit, 61, 62: Differentiating circuit, 63: Variable resistor, 6
3 ': fixed resistance, 64: electromagnetic wave detector, 65: vibration detector, 70: cooling device, 71: control signal generation circuit, 10
1, 102: detection element, 110: X-ray incident waveform, 200
... Output point of the preamplifier circuit, 201: electron gun section, 202: electron beam, 203: convergent lens, 204: objective lens, 20
6 scanning coil, 208 liquid nitrogen tank, 211 secondary electron detector, 212 sample stage, 220 preamplifier circuit output signal, 221 step difference, 223 reset signal, 231
Storage container, 232 X-ray transmission window, 233 reflected electron remover, 234 cooling rod, 235 fixed base, 238 ceramic container, 240 radiation detection control device, 241 holding plate, 242 insulating plate, 243 ... conductor terminals, 244 ... fixing jig, 245 ... heater resistance, 250 ... electron gun controller, 251 ... electron lens controller, 252 ... scanning coil controller, 253 ... sample chamber vacuum container, 255 ... terminal, 2
99: sample, 300: data processing and input / output controller, 510: electron microscope main controller, 601: anti-aliasing amplifier, 602: analog-to-digital converter, 603: ring memory, 604: digital signal processing circuit, 605: signal Recognition circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G001 AA01 AA03 BA04 BA05 CA01 DA01 DA06 EA03 FA06 GA01 GA06 GA09 GA13 GA16 HA01 JA11 KA01 RA03 2G088 EE30 FF03 FF15 GG21 JJ01 KK06 KK07 KK29 LL11 LL23 5C033 NN04 NP08 5F088 AB03 AB16 BA03 BA15 BB06 EA04 EA06 JA20 KA01 KA08 KA10 LA07 LA08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2G001 AA01 AA03 BA04 BA05 CA01 DA01 DA06 EA03 FA06 GA01 GA06 GA09 GA13 GA16 HA01 JA11 KA01 RA03 2G088 EE30 FF03 FF15 GG21 JJ01 KK06 KK07 KK29 LL11 LL23 5C033AB03 BB03 BB06 EA04 EA06 JA20 KA01 KA08 KA10 LA07 LA08

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】放射線検出素子と上記放射線検出素子から
の信号を電圧信号に変換するための前置増幅回路と上記
前置増幅回路からの信号波形をフィルタ、増幅、波高分
析する信号処理装置と上記信号処理装置からの信号を解
析する主制御装置と上記解析結果を出力、記憶する出力
装置、記憶装置を備えている放射線検出装置において、
上記前置増幅回路からの信号処理を一時的に禁止する手
段を設けたことを特徴とする放射線検出装置。
1. A radiation detecting element, a preamplifier circuit for converting a signal from the radiation detecting element to a voltage signal, and a signal processing device for filtering, amplifying, and analyzing a signal waveform from the preamplifier circuit. A main control device for analyzing a signal from the signal processing device and an output device for outputting and storing the analysis result, a radiation detection device including a storage device,
A radiation detection apparatus comprising means for temporarily inhibiting signal processing from the preamplifier circuit.
【請求項2】請求項1記載の放射線検出素子と前置増幅
回路を一つまたは複数個有することを特徴とする放射線
検出装置。
2. A radiation detection apparatus comprising one or more of the radiation detection element according to claim 1 and a preamplifier circuit.
【請求項3】請求項1記載の信号処理を一時的に禁止す
る手段が、前置増幅回路からの放射線信号を変形して得
られる信号を用いたことを特徴とする放射線検出装置。
3. A radiation detecting apparatus according to claim 1, wherein said means for temporarily inhibiting signal processing uses a signal obtained by transforming a radiation signal from a preamplifier circuit.
【請求項4】請求項1記載の信号処理装置の信号処理を
一時的に禁止する手段が、外部からの信号を用いたこと
を特徴とする放射線検出装置。
4. A radiation detecting apparatus according to claim 1, wherein said means for temporarily inhibiting signal processing of said signal processing apparatus uses an external signal.
【請求項5】請求項1記載の信号処理装置の信号処理を
一時的に禁止する手段が、前置増幅回路からの信号を変
形して得られる信号と外部からの信号の和信号を用いた
ことを特徴とする放射線検出装置。
5. The signal processing device according to claim 1, wherein the means for temporarily inhibiting signal processing uses a sum signal of a signal obtained by transforming a signal from the preamplifier circuit and an external signal. A radiation detection device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】請求項4または5記載の外部からの信号が
装置周辺の電磁波、振動を検出する手段により生成され
ることを特徴とする放射線検出装置。
6. A radiation detecting apparatus according to claim 4, wherein said external signal is generated by means for detecting electromagnetic waves and vibrations around the apparatus.
【請求項7】請求項2記載の複数個の放射線検出素子と
前置増幅回路を有する放射線検出装置で、信号処理を一
時的に禁止する手段が各前置増幅回路からの信号の変形
による信号を合成して得られる信号を用いたことを特徴
とする放射線検出装置。
7. A radiation detecting apparatus according to claim 2, wherein said means for temporarily inhibiting signal processing is a signal obtained by transforming a signal from each preamplifier circuit. A radiation detection apparatus characterized by using a signal obtained by combining the above.
【請求項8】請求項3または7記載の前置増幅回路から
の放射線信号の変形は微分を含む演算処理によることを
特徴とする放射線検出装置。
8. A radiation detecting apparatus according to claim 3, wherein the transformation of the radiation signal from the preamplifier circuit is performed by an arithmetic processing including differentiation.
【請求項9】請求項1記載の信号処理装置が複数個のア
ナログデジタル変換器を含み、上記前置増幅回路からの
信号をデジタル信号に変換し、上記複数個のデジタル信
号処理装置により入射したX線のエネルギを求めること
を特徴とする放射線検出装置。
9. The signal processing device according to claim 1, further comprising a plurality of analog-to-digital converters, converting a signal from the preamplifier circuit into a digital signal, and inputting the digital signal by the plurality of digital signal processing devices. A radiation detection apparatus for obtaining X-ray energy.
【請求項10】請求項1から9のいずれか記載の放射線
検出装置を搭載したことを特徴とする電子顕微鏡。
10. An electron microscope equipped with the radiation detecting device according to claim 1.
【請求項11】請求項1から9のいずれか記載の放射線
検出装置を搭載したことを特徴とする計測装置。
11. A measuring device equipped with the radiation detecting device according to claim 1.
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