JP2012202828A

JP2012202828A - Semiconductor x-ray detecting device

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Publication number: JP2012202828A
Application number: JP2011067807A
Authority: JP
Inventors: Masaru Shimada; 勝島田; Minoru Yamada; 実山田; Atsushi Fujii; 淳藤井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor X-ray detecting device which prevents deterioration in measurement accuracy due to impure rays from a cold finger and suppresses the deterioration of resolution.SOLUTION: The semiconductor X-ray detecting device includes: a semiconductor X-ray detecting element 10 which detects X-rays; a first stage FET circuit which is directly connected to the semiconductor X-ray detecting element 10 and receives output signals of the semiconductor X-ray detecting element 10; and the cold finger 30 having a structure in which a coating film 32 made of a material containing an element lighter than aluminum is formed on the surface of an aluminum-made substrate 31 to surroundingly support the semiconductor X-ray detecting element 10 and the first stage FET circuit 20.

Description

本発明は、半導体Ｘ線検出素子を有する半導体Ｘ線検出装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor X-ray detection apparatus having a semiconductor X-ray detection element.

物質から放出される物質固有のＸ線を分析するエネルギー分散型のＸ線分析装置は、半導体Ｘ線検出素子や半導体Ｘ線検出素子からの電気的な出力信号を増幅する初段ＦＥＴ回路などを含む半導体Ｘ線検出装置を有する。半導体Ｘ線検出素子や初段ＦＥＴ回路を支持及び冷却するコールドフィンガーには、半導体Ｘ線検出装置の軽量化などのために、アルミニウム材の採用が検討されている。 An energy dispersive X-ray analyzer that analyzes X-rays specific to a substance emitted from a substance includes a semiconductor X-ray detection element, a first stage FET circuit that amplifies an electrical output signal from the semiconductor X-ray detection element, and the like. It has a semiconductor X-ray detector. For cold fingers that support and cool the semiconductor X-ray detection element and the first stage FET circuit, the use of an aluminum material is being studied in order to reduce the weight of the semiconductor X-ray detection device.

しかし、高エネルギーのＸ線が半導体Ｘ線検出装置に入射した場合に、Ｘ線が半導体Ｘ線検出素子を突き抜け、コールドフィンガーの素材であるアルミニウムに吸収されることがある。これによりコールドフィンガーで発生する蛍光Ｘ線が半導体Ｘ線検出素子に後方から入射し、不純線の原因となる。 However, when high-energy X-rays enter the semiconductor X-ray detection device, the X-rays may penetrate the semiconductor X-ray detection element and be absorbed by aluminum, which is a cold finger material. As a result, the fluorescent X-rays generated by the cold finger enter the semiconductor X-ray detection element from the rear, causing impure lines.

コールドフィンガーからの不純線による測定精度の低下を防止するために、半導体Ｘ線検出素子と初段ＦＥＴ回路の間に蛍光Ｘ線を遮断する遮蔽板を配置する方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。コールドフィンガーで発生した蛍光Ｘ線は遮蔽板によって遮断されるため、不純線が半導体Ｘ線検出素子に後方から入射することが抑制される。 In order to prevent a decrease in measurement accuracy due to an impure line from a cold finger, a method has been proposed in which a shielding plate for blocking fluorescent X-rays is arranged between a semiconductor X-ray detection element and a first stage FET circuit (for example, Patent Documents). 1). Since the fluorescent X-rays generated by the cold finger are blocked by the shielding plate, the impure line is prevented from entering the semiconductor X-ray detection element from behind.

特開２００９−１８６４０３号公報JP 2009-186403 A

しかしながら、半導体Ｘ線検出素子と初段ＦＥＴ回路の間に遮蔽板を配置した場合には、遮蔽板を通過して半導体Ｘ線検出素子の出力信号を初段ＦＥＴ回路に伝搬させるために、半導体Ｘ線検出素子と初段ＦＥＴ回路との間に接続電極を配置することが必要である。この接続電極の容量が初段ＦＥＴ回路の入力端子に付加されるため、半導体Ｘ線検出装置の分解能が低下するという問題があった。 However, when a shielding plate is disposed between the semiconductor X-ray detection element and the first stage FET circuit, the semiconductor X-ray is transmitted in order to propagate the output signal of the semiconductor X-ray detection element to the first stage FET circuit through the shielding plate. It is necessary to arrange a connection electrode between the detection element and the first stage FET circuit. Since the capacitance of the connection electrode is added to the input terminal of the first stage FET circuit, there is a problem that the resolution of the semiconductor X-ray detection apparatus is lowered.

上記問題点に鑑み、本発明は、コールドフィンガーからの不純線による測定精度の低下が防止され、且つ分解能の低下が抑制された半導体Ｘ線検出装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor X-ray detection apparatus in which a decrease in measurement accuracy due to an impure line from a cold finger is prevented and a decrease in resolution is suppressed.

本発明の一態様によれば、（イ）Ｘ線を検出する半導体Ｘ線検出素子と、（ロ）半導体Ｘ線検出素子と直結され、半導体Ｘ線検出素子の出力信号を受信する初段ＦＥＴ回路と、（ハ）半導体Ｘ線検出素子と初段ＦＥＴ回路を囲むようにして支持する、アルミニウムからなる基体の表面にアルミニウムよりも軽い元素を材料とする皮膜が形成された構造のコールドフィンガーとを備える半導体Ｘ線検出装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, (a) a semiconductor X-ray detection element that detects X-rays, and (b) a first-stage FET circuit that is directly connected to the semiconductor X-ray detection element and receives an output signal of the semiconductor X-ray detection element And (c) a semiconductor X comprising a semiconductor X-ray detection element and a cold finger having a structure in which a film made of an element lighter than aluminum is formed on the surface of a base made of aluminum and supported so as to surround the first stage FET circuit. A line detection device is provided.

本発明によれば、コールドフィンガーからの不純線による測定精度の低下が防止され、且つ分解能の低下が抑制された半導体Ｘ線検出装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the measurement precision by the impure line from a cold finger can be prevented, and the semiconductor X-ray detection apparatus by which the fall of the resolution was suppressed can be provided.

本発明の実施形態に係る半導体Ｘ線検出装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor X-ray detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１に示した半導体Ｘ線検出装置の模式的な回路図である。FIG. 2 is a schematic circuit diagram of the semiconductor X-ray detection apparatus shown in FIG. 1. 比較例の半導体Ｘ線検出装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor X-ray detection apparatus of a comparative example. 分解能とシェイピング時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between resolution and shaping time. 検出された電荷の個数をエネルギーの大きさ毎にカウントした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having counted the number of detected electric charges for every magnitude | size of energy. 膜厚とアルミニウムＫａ線の透過率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a film thickness and the transmittance | permeability of an aluminum Ka line. 本発明の実施形態に係る半導体Ｘ線検出装置を用いたＸ線分析装置の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the X-ray-analysis apparatus using the semiconductor X-ray detection apparatus which concerns on embodiment of this invention.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description.

又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified as follows. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

本発明の実施形態に係る半導体Ｘ線検出装置１は、図１に示すように、Ｘ線を検出する半導体Ｘ線検出素子１０と、半導体Ｘ線検出素子１０と直結され、半導体Ｘ線検出素子１０の出力信号を受信する初段ＦＥＴ回路２０と、半導体Ｘ線検出素子１０と初段ＦＥＴ回路２０を囲むようにして支持する、アルミニウム（Ａｌ）からなる基体３１の表面にアルミニウムよりも軽い元素を材料とする皮膜３２が形成された構造のコールドフィンガー３０とを備える。図１は、半導体Ｘ線検出装置１に入射するＸ線の進行方向に沿った断面図である。 As shown in FIG. 1, a semiconductor X-ray detection apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is directly connected to a semiconductor X-ray detection element 10 that detects an X-ray and a semiconductor X-ray detection element 10. The first stage FET circuit 20 that receives 10 output signals, and the surface of the base 31 made of aluminum (Al) that supports the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 so as to surround them are made of an element lighter than aluminum. A cold finger 30 having a structure in which a film 32 is formed. FIG. 1 is a cross-sectional view along the traveling direction of X-rays incident on the semiconductor X-ray detection apparatus 1.

コールドフィンガー３０は例えば筒形状であり、半導体Ｘ線検出素子１０及び初段ＦＥＴ回路２０はコールドフィンガー３０の内部に格納される。皮膜３２は、コールドフィンガー３０の少なくとも半導体Ｘ線検出素子１０に向いている面に形成される。図１は、コールドフィンガー３０の内側表面に皮膜３２を形成した例である。コールドフィンガー３０の内側表面にのみ皮膜３２を形成したのは、コールドフィンガー３０の外側で発生する不純線は半導体Ｘ線検出素子１０に後方から入射しないためである。 The cold finger 30 has, for example, a cylindrical shape, and the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 are stored inside the cold finger 30. The film 32 is formed on the surface of the cold finger 30 facing at least the semiconductor X-ray detection element 10. FIG. 1 is an example in which a coating 32 is formed on the inner surface of a cold finger 30. The reason why the coating film 32 is formed only on the inner surface of the cold finger 30 is that an impure line generated outside the cold finger 30 does not enter the semiconductor X-ray detection element 10 from behind.

半導体Ｘ線検出素子１０、初段ＦＥＴ回路２０及びコールドフィンガー３０は、容器５０の内部に配置されている。Ｘ線検出時に、容器５０の内部は真空状態に維持される。図示を省略する測定対象物から放出されたＸ線（以下において「入射Ｘ線」という。）Ｘ_INは、容器５０に配置された入射窓６０を透過して、半導体Ｘ線検出素子１０に入射する。入射窓６０は、例えばベリリウム（Ｂｅ）からなる。 The semiconductor X-ray detection element 10, the first stage FET circuit 20, and the cold finger 30 are disposed inside the container 50. At the time of X-ray detection, the inside of the container 50 is maintained in a vacuum state. X-rays (hereinafter referred to as “incident X-rays”) X _IN emitted from a measurement object not shown are transmitted through an incident window 60 disposed in the container 50 and incident on the semiconductor X-ray detection element 10. To do. The incident window 60 is made of beryllium (Be), for example.

半導体Ｘ線検出素子１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶にリチウム（Ｌｉ）を拡散させて形成したＰ−Ｉ−Ｎ接合を有する半導体素子である。入射Ｘ線Ｘ_INが半導体Ｘ線検出素子１０に入射すると、Ｉ層に入射した入射Ｘ線Ｘ_INにより半導体Ｘ線検出素子１０内に電子と正孔が生じ、外部に電流パルスとして検出される。 The semiconductor X-ray detection element 10 is a semiconductor element having a P-I-N junction formed by diffusing lithium (Li) into, for example, silicon (Si) single crystal. When the incident X-ray X _IN enters the semiconductor X-ray detection element 10, electrons and holes are generated in the semiconductor X-ray detection element 10 by the incident X-ray X _IN incident on the I layer, and are detected as current pulses outside. .

半導体Ｘ線検出素子１０から出力される電気的な出力信号は、初段ＦＥＴ回路２０に受信される。具体的には、入射Ｘ線Ｘ_INの入射によって半導体Ｘ線検出素子１０に生成された検出電流が、初段ＦＥＴ回路２０の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極に入力される。そして、初段ＦＥＴ回路２０によって、半導体Ｘ線検出素子１０の検出電流は入射Ｘ線Ｘ_INのエネルギーに比例した電圧に変換・増幅され、検出信号ＳＴとして出力される。初段ＦＥＴ回路２０から出力された検出信号ＳＴを解析することにより、測定対象物に含まれる元素を特定可能である。 An electrical output signal output from the semiconductor X-ray detection element 10 is received by the first stage FET circuit 20. Specifically, the detection current generated in the semiconductor X-ray detection element 10 by the incidence of the incident X-ray X _IN is input to the gate electrode of the field effect transistor (FET) of the first stage FET circuit 20. Then, the first stage FET circuit 20 converts and amplifies the detection current of the semiconductor X-ray detection element 10 to a voltage proportional to the energy of the incident X-ray X _IN and outputs it as a detection signal ST. By analyzing the detection signal ST output from the first stage FET circuit 20, it is possible to identify the element contained in the measurement object.

図２に、半導体Ｘ線検出素子１０及び初段ＦＥＴ回路２０の電気的な構成を表す回路図を示す。半導体Ｘ線検出素子１０で生成された検出電流Ｉが、初段ＦＥＴ回路２０によって電圧に変換・増幅され、検出信号ＳＴが出力される。 FIG. 2 is a circuit diagram showing the electrical configuration of the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20. The detection current I generated by the semiconductor X-ray detection element 10 is converted and amplified into a voltage by the first stage FET circuit 20, and a detection signal ST is output.

コールドフィンガー３０は、半導体Ｘ線検出素子１０及び初段ＦＥＴ回路２０を支持すると共に、半導体Ｘ線検出素子１０及び初段ＦＥＴ回路２０を冷却する。このため、例えば図１に示すように、冷却装置４０によってコールドフィンガー３０が冷却される。冷却装置４０は例えば液体窒素デュアであり、冷却装置４０に接続された冷却媒体４５が液体窒素によって冷却される。冷却媒体４５はコールドフィンガー３０に熱的に接続されている。このため、熱伝導率の良い銅（Ｃｕ）などからなる冷却媒体４５を介して、コールドフィンガー３０が冷却される。そして、冷却されたコールドフィンガー３０に接触する半導体Ｘ線検出素子１０及び初段ＦＥＴ回路２０が冷却される。 The cold finger 30 supports the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 and cools the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20. Therefore, for example, as shown in FIG. 1, the cold finger 30 is cooled by the cooling device 40. The cooling device 40 is, for example, a liquid nitrogen dewar, and the cooling medium 45 connected to the cooling device 40 is cooled by liquid nitrogen. The cooling medium 45 is thermally connected to the cold finger 30. For this reason, the cold finger 30 is cooled via the cooling medium 45 made of copper (Cu) or the like having good thermal conductivity. Then, the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 that are in contact with the cooled cold finger 30 are cooled.

コールドフィンガー３０の素材を熱伝導率が銅に近いアルミニウムにすることによっても、半導体Ｘ線検出素子１０及び初段ＦＥＴ回路２０を効率的に冷却することができる。 The semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 can also be efficiently cooled by making the material of the cold finger 30 aluminum which has a thermal conductivity close to copper.

また、コールドフィンガー３０の素材にアルミニウムを採用することにより、例えばコールドフィンガー３０の素材が銅である場合に比べて、半導体Ｘ線検出装置１を軽量化することができる。このため、例えば、測定対象物から放出されたＸ線を半導体Ｘ線検出素子１０に入射させるために半導体Ｘ線検出装置１を鉛直方向から傾けて設置したい場合に、半導体Ｘ線検出装置１を支持する部材の負荷を軽減できる。 Further, by adopting aluminum as the material of the cold finger 30, it is possible to reduce the weight of the semiconductor X-ray detection apparatus 1 as compared with, for example, the case where the material of the cold finger 30 is copper. Therefore, for example, when the semiconductor X-ray detection device 1 is to be installed at an angle from the vertical direction in order to make the X-rays emitted from the measurement object enter the semiconductor X-ray detection element 10, the semiconductor X-ray detection device 1 is used. The load of the supporting member can be reduced.

以下に、第１の実施形態に係る半導体Ｘ線検出装置１と、半導体Ｘ線検出素子１０と初段ＦＥＴ回路２０とが直結されていない比較例の半導体Ｘ線検出装置との比較について説明する。 A comparison between the semiconductor X-ray detection apparatus 1 according to the first embodiment and a semiconductor X-ray detection apparatus of a comparative example in which the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 are not directly connected will be described below.

図３に示した比較例の半導体Ｘ線検出装置１０Ａでは、半導体Ｘ線検出素子１０と初段ＦＥＴ回路２０との間に遮蔽板１１０が配置されている。この遮蔽板１１０は、表面に皮膜３２が形成されていないコールドフィンガー３０Ａで発生した蛍光Ｘ線が、半導体Ｘ線検出素子１０に後方から入射するのを防止するために配置されている。遮蔽板１１０の材料には、窒化ボロン（ＢＮ）やフッ素樹脂などを採用可能である。 In the semiconductor X-ray detection apparatus 10 A of the comparative example shown in FIG. 3, a shielding plate 110 is disposed between the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20. The shielding plate 110 is disposed in order to prevent the fluorescent X-rays generated by the cold finger 30 A on which the coating 32 is not formed from entering the semiconductor X-ray detection element 10 from the rear. As the material of the shielding plate 110, boron nitride (BN), fluorine resin, or the like can be used.

更に、半導体Ｘ線検出装置１０Ａは、遮蔽板１１０を通して半導体Ｘ線検出素子１０から初段ＦＥＴ回路２０に信号を伝搬させるために、接続電極１２０を有する。つまり、半導体Ｘ線検出素子１０と初段ＦＥＴ回路２０とは、遮蔽板１１０を貫通する接続電極１２０を介して電気的に接続されている。 Further, the semiconductor X-ray detection apparatus 10 A includes a connection electrode 120 for propagating a signal from the semiconductor X-ray detection element 10 to the first stage FET circuit 20 through the shielding plate 110. That is, the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 are electrically connected via the connection electrode 120 that penetrates the shielding plate 110.

図３に示すように、半導体Ｘ線検出素子１０、遮蔽板１１０、接続電極１２０、初段ＦＥＴ回路２０及びコールドフィンガー３０Ａは、入射Ｘ線Ｘ_INが透過する入射窓６０を有する容器５０の内部に配置されている。また、コールドフィンガー３０Ａは、冷却媒体４５を介して冷却装置４０によって冷却される。つまり、遮蔽板１１０と接続電極１２０を有し、コールドフィンガー３０Ａに皮膜３２が形成されていない点を除いて、半導体Ｘ線検出装置１０Ａは半導体Ｘ線検出装置１と同様の構造である。 As shown in FIG. 3, the semiconductor X-ray detection element 10, the shielding plate 110, the connection electrode 120, the first stage FET circuit 20, and the cold finger 30 A are disposed inside a container 50 having an incident window 60 through which incident X-ray X _IN is transmitted. Has been placed. The cold finger 30 A is cooled by the cooling device 40 through the cooling medium 45. That is, the semiconductor X-ray detection apparatus 10A has the same structure as the semiconductor X-ray detection apparatus 1 except that the shield plate 110 and the connection electrode 120 are provided and the coating 32 is not formed on the cold finger 30A.

図１に示した半導体Ｘ線検出装置１及び図３に示した半導体Ｘ線検出装置１０Ａそれぞれについて、分解能とシェイピング時間（波形整形時間：shaping time）の関係を調査した結果を示すグラフを図４に示す。図４において、実線で示した特性Ａが図１に示した半導体Ｘ線検出装置１の特性である。また、破線で示した特性Ｂが図３に示した半導体Ｘ線検出装置１０Ａの特性である。 4 is a graph showing the results of investigating the relationship between the resolution and the shaping time (waveform shaping time) for each of the semiconductor X-ray detector 1 shown in FIG. 1 and the semiconductor X-ray detector 10A shown in FIG. Shown in In FIG. 4, a characteristic A indicated by a solid line is a characteristic of the semiconductor X-ray detection apparatus 1 shown in FIG. A characteristic B indicated by a broken line is a characteristic of the semiconductor X-ray detection apparatus 10A shown in FIG.

遮蔽板１１０を含まない半導体Ｘ線検出装置１では、半導体Ｘ線検出素子１０と初段ＦＥＴ回路２０とが接続電極１２０を介さず直接に結合されている。このため、図３に示した比較例の半導体Ｘ線検出装置１０Ａに比べて、初段ＦＥＴ回路２０の入力端子に付加される浮遊容量が低減される。その結果、図４に示すように、半導体Ｘ線検出装置１０Ａに比べて、半導体Ｘ線検出装置１では短シェイピング時間での分解能が向上する。 In the semiconductor X-ray detection device 1 that does not include the shielding plate 110, the semiconductor X-ray detection element 10 and the first stage FET circuit 20 are directly coupled without the connection electrode 120. Therefore, the stray capacitance added to the input terminal of the first stage FET circuit 20 is reduced as compared with the semiconductor X-ray detection device 10A of the comparative example shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 4, the semiconductor X-ray detection device 1 has improved resolution in a short shaping time as compared with the semiconductor X-ray detection device 10A.

例えば、半導体Ｘ線検出装置１では、シェイピング時間が２μｓの場合の分解能は１５５ｅＶ以下である。一方、半導体Ｘ線検出装置１０Ａでは、シェイピング時間が５μｓの場合に分解能が１４５ｅＶ程度、シェイピング時間が２μｓの場合に分解能が１６０ｅＶ程度である。 For example, in the semiconductor X-ray detection apparatus 1, the resolution when the shaping time is 2 μs is 155 eV or less. On the other hand, in the semiconductor X-ray detection apparatus 10A, the resolution is about 145 eV when the shaping time is 5 μs, and the resolution is about 160 eV when the shaping time is 2 μs.

つまり、図１に示した半導体Ｘ線検出装置１によれば、より短い測定時間で半導体Ｘ線検出装置１０Ａと同様の測定精度を得ることができる。 That is, according to the semiconductor X-ray detection apparatus 1 shown in FIG. 1, the same measurement accuracy as that of the semiconductor X-ray detection apparatus 10A can be obtained in a shorter measurement time.

ところで、半導体Ｘ線検出素子１０を突き抜けたＸ線がコールドフィンガー３０の素材であるアルミニウムに吸収されることにより、コールドフィンガー３０で蛍光Ｘ線が発生する場合がある。この蛍光Ｘ線が半導体Ｘ線検出素子１０に後方から入射すると、不純線の入射となって半導体Ｘ線検出装置１の測定精度が低下する。 By the way, X-rays penetrating the semiconductor X-ray detection element 10 may be absorbed by aluminum, which is a material of the cold finger 30, so that fluorescent X-rays may be generated by the cold finger 30. When this fluorescent X-ray enters the semiconductor X-ray detection element 10 from behind, an impure line enters and the measurement accuracy of the semiconductor X-ray detection apparatus 1 decreases.

しかし、半導体Ｘ線検出装置１のコールドフィンガー３０の表面には、アルミニウムよりも軽い元素を材料とする皮膜３２が形成されている。このため、アルミニウムであるコールドフィンガー３０の基体３１にＸ線が吸収されることにより発生するアルミニウム不純線は、皮膜３２によって吸収される。これにより、不純線が半導体Ｘ線検出素子１０に後方から入射するのを防止することができる。その結果、半導体Ｘ線検出装置１の測定精度の低下が抑制される。 However, a film 32 made of an element lighter than aluminum is formed on the surface of the cold finger 30 of the semiconductor X-ray detection apparatus 1. For this reason, the aluminum impure wire generated when X-rays are absorbed by the base 31 of the cold finger 30 made of aluminum is absorbed by the coating 32. Thereby, it is possible to prevent the impure line from entering the semiconductor X-ray detection element 10 from behind. As a result, a decrease in measurement accuracy of the semiconductor X-ray detection apparatus 1 is suppressed.

図５は、半導体Ｘ線検出装置１によって検出された電荷の個数をエネルギーの大きさ毎に集計した結果を示すグラフである。縦軸が集計されたカウント数、横軸がエネルギーのチャンネルである。つまり、図５は、入射Ｘ線Ｘ_INによって半導体Ｘ線検出素子１０でキャリアが発生することにより検出された電荷の個数をエネルギーの大きさ毎にカウントした結果を示す。なお、測定時間は１５００秒である。 FIG. 5 is a graph showing the result of counting the number of charges detected by the semiconductor X-ray detection apparatus 1 for each energy magnitude. The vertical axis is the counted number, and the horizontal axis is the energy channel. That is, FIG. 5 shows the result of counting the number of charges detected by the generation of carriers in the semiconductor X-ray detection element 10 by the incident X-ray X _IN for each magnitude of energy. The measurement time is 1500 seconds.

図５において、アルミニウムからなるコールドフィンガー３０の表面に皮膜３２を形成した場合の特性Ａを実線で示している。なお、皮膜３２は、コロイド状グラファイト塗布膜であり、膜厚は２００μｍである。一方、図５に示した破線は、アルミニウムからなるコールドフィンガー３０の表面に皮膜３２を形成していない場合の特性Ｂである。 In FIG. 5, the characteristic A when the film | membrane 32 is formed in the surface of the cold finger 30 which consists of aluminum is shown as the continuous line. The film 32 is a colloidal graphite coating film, and the film thickness is 200 μm. On the other hand, the broken line shown in FIG. 5 is the characteristic B when the film 32 is not formed on the surface of the cold finger 30 made of aluminum.

図５に示すように、特性Ｂではアルミニウムに相当するチャンネルＮ_Alのカウント数が大きいのに対し、特性Ａでは、チャンネルＮ_Alと他のチャンネルとでカウント数は同程度である。つまり、コールドフィンガー３０の表面に皮膜３２を形成することによって、コールドフィンガー３０から外部に出力されるアルミニウム不純線を低減することができる。 As shown in FIG. 5, in the characteristic B, the count number of the channel N _Al corresponding to aluminum is large, whereas in the characteristic A, the channel N _Al and the other channels have the same count number. That is, by forming the film 32 on the surface of the cold finger 30, it is possible to reduce aluminum impure wires output from the cold finger 30 to the outside.

アルミニウムより軽い元素からなる皮膜３２には、例えば炭素（Ｃ）膜、ホウ素（Ｂ）膜、ベリリウム（Ｂｅ）膜などを採用可能である。 For the film 32 made of an element lighter than aluminum, for example, a carbon (C) film, a boron (B) film, a beryllium (Be) film, or the like can be employed.

図６は、炭素膜、ホウ素膜、ベリリウム膜の膜厚とアルミニウムＫａ線の透過率との関係を示すグラフである。図６において、特性Ａ１がベリリウム膜、特性Ａ２がホウ素膜、特性Ａ３が炭素膜に対するアルミニウムＫａ線の透過率である。図６から、アルミニウム不純線の吸収に必要な膜厚は、炭素膜では２００μｍ程度、ホウ素膜では１００μｍ程度、ベリリウム膜では５０μｍ程度であることがわかる。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the film thickness of the carbon film, boron film, and beryllium film and the transmittance of the aluminum Ka line. In FIG. 6, the characteristic A1 is the beryllium film, the characteristic A2 is the boron film, and the characteristic A3 is the transmittance of the aluminum Ka line to the carbon film. From FIG. 6, it can be seen that the film thickness required to absorb the aluminum impurity wire is about 200 μm for the carbon film, about 100 μm for the boron film, and about 50 μm for the beryllium film.

したがって、コールドフィンガー３０の表面に形成する皮膜３２には、炭素膜が好適である。なお、水に分散したコロイド状グラファイトを皮膜３２として塗布する場合には、密度が低い炭素膜であるため、皮膜３２の膜厚は２００μｍ程度が必要である。 Therefore, a carbon film is suitable for the film 32 formed on the surface of the cold finger 30. When colloidal graphite dispersed in water is applied as the film 32, it is a carbon film having a low density, and therefore the film 32 needs to have a thickness of about 200 μm.

また、コールドフィンガー３０の素材である基体３１をアルミニウムにすることによって、例えばコールドフィンガー３０の基体３１が銅である場合に比べて、コールドフィンガー３０の基体３１で発生する不純線のエネルギーを小さくできる。このため、皮膜３２に軽い元素の膜、例えば炭素膜を採用可能である。炭素膜からも不純線は発生するが、炭素不純線のエネルギーは小さいために、皮膜３２からの不純線は半導体Ｘ線検出装置１の測定精度に影響しない。これに対し、コールドフィンガー３０の基体３１が銅である場合には、銅不純線を吸収するために必要な皮膜３２の素材から発生する不純線のエネルギーは大きく、半導体Ｘ線検出装置１の測定精度が低下する。したがって、皮膜３２から発生する不純線による測定精度への影響の点からも、コールドフィンガー３０の素材である基体３１はアルミニウムであることが好ましい。 Further, by using aluminum for the base 31 that is the material of the cold finger 30, for example, the energy of the impurity line generated on the base 31 of the cold finger 30 can be reduced as compared with the case where the base 31 of the cold finger 30 is copper. . Therefore, a light element film such as a carbon film can be used for the film 32. Although an impurity line is also generated from the carbon film, since the energy of the carbon impurity line is small, the impurity line from the film 32 does not affect the measurement accuracy of the semiconductor X-ray detector 1. On the other hand, when the base 31 of the cold finger 30 is copper, the energy of the impure line generated from the material of the film 32 necessary for absorbing the copper impure line is large, and the measurement of the semiconductor X-ray detector 1 is performed. Accuracy is reduced. Therefore, it is preferable that the base 31 which is a material of the cold finger 30 is aluminum also from the viewpoint of the influence on the measurement accuracy by the impure line generated from the film 32.

図１に示した半導体Ｘ線検出装置１は、例えば図７に示すようにＸ線分析装置２００に適用することができる。図７に示したＸ線分析装置２００は、Ｘ線管３から出力したＸ線Ｘ１を測定対象物３００に照射し、測定対象物３００から放出された蛍光Ｘ線Ｘ２を検出、分析するエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置である。 The semiconductor X-ray detection apparatus 1 shown in FIG. 1 can be applied to an X-ray analysis apparatus 200 as shown in FIG. 7, for example. The X-ray analysis apparatus 200 shown in FIG. 7 irradiates the measurement object 300 with the X-ray X1 output from the X-ray tube 3, and detects and analyzes the fluorescent X-ray X2 emitted from the measurement object 300. Type X-ray fluorescence analyzer.

蛍光Ｘ線Ｘ２が入射Ｘ線Ｘ_INとして半導体Ｘ線検出装置１に入射すると、既に説明したように、蛍光Ｘ線Ｘ２が半導体Ｘ線検出素子１０によって検出され、初段ＦＥＴ回路２０から蛍光Ｘ線Ｘ２のエネルギーに比例した大きさを示す検出信号ＳＴが出力される。蛍光Ｘ線Ｘ２は、測定対象物３００に含まれる元素固有のエネルギーを有する。このため、検出信号ＳＴを信号分析装置２によって分析することによって、測定対象物３００に含まれる元素が特定される。 When the fluorescent X-ray X2 is incident on the solid-state X-ray detector 1 as an incident X-ray X _IN, as previously described, X-ray fluorescence X2 is detected by the solid-state X-ray detector element 10, the fluorescent X-rays from the first-stage FET circuit 20 A detection signal ST indicating a magnitude proportional to the energy of X2 is output. The fluorescent X-ray X2 has energy specific to the element contained in the measurement object 300. For this reason, the element contained in the measuring object 300 is specified by analyzing the detection signal ST by the signal analyzer 2.

既に述べたように、接続電極１２０と遮蔽板１１０を含まず、初段ＦＥＴ回路２０に付加される浮遊容量が低減された半導体Ｘ線検出装置１では、短シェイピング時間での分解能が向上する。その結果、半導体Ｘ線検出装置１を使用することにより、Ｘ線分析装置２００による測定時間が短縮される。更に、コールドフィンガー３０からのアルミニウム不純線を吸収する皮膜３２をコールドフィンガー３０の表面に形成することにより、Ｘ線分析装置２００のアルミニウム測定精度が向上する。 As already described, in the semiconductor X-ray detection apparatus 1 that does not include the connection electrode 120 and the shielding plate 110 and has reduced stray capacitance added to the first stage FET circuit 20, the resolution in a short shaping time is improved. As a result, by using the semiconductor X-ray detection apparatus 1, the measurement time by the X-ray analysis apparatus 200 is shortened. Furthermore, the aluminum measurement accuracy of the X-ray analyzer 200 is improved by forming the coating 32 that absorbs the aluminum impure wire from the cold finger 30 on the surface of the cold finger 30.

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る半導体Ｘ線検出装置１によれば、アルミニウム材を用いたコールドフィンガー３０からの不純線による測定精度の低下が抑制される。更に、初段ＦＥＴ回路２０に付加される浮遊容量が低減されることにより、分解能が向上された半導体Ｘ線検出装置１を提供することができる。 As described above, according to the semiconductor X-ray detection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, a decrease in measurement accuracy due to an impure line from the cold finger 30 using an aluminum material is suppressed. Furthermore, since the stray capacitance added to the first stage FET circuit 20 is reduced, the semiconductor X-ray detection apparatus 1 with improved resolution can be provided.

また、半導体Ｘ線検出装置１をＸ線分析装置に適用することによって、測定精度を低下させることなく測定時間を短縮することができる。 Further, by applying the semiconductor X-ray detection apparatus 1 to the X-ray analysis apparatus, the measurement time can be shortened without reducing the measurement accuracy.

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

既に述べた実施形態の説明においては、半導体Ｘ線検出装置１をエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸＲＦ）に適用する例を示したが、半導体Ｘ線検出装置１をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）に適用することもできる。半導体Ｘ線検出装置１をエネルギー分散型Ｘ線分析装置に適用する場合には、電子線が照射された測定対象物から放出された特性Ｘ線が半導体Ｘ線検出装置１によって検出される。 In the description of the embodiment already described, the example in which the semiconductor X-ray detection apparatus 1 is applied to the energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (EDXRF) has been shown. However, the semiconductor X-ray detection apparatus 1 is applied to the energy dispersive X-ray analysis. It can also be applied to a device (EDS). When the semiconductor X-ray detector 1 is applied to an energy dispersive X-ray analyzer, the characteristic X-rays emitted from the measurement object irradiated with the electron beam are detected by the semiconductor X-ray detector 1.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

１…半導体Ｘ線検出装置
２…信号分析装置
３…Ｘ線管
１０…半導体Ｘ線検出素子
２０…初段ＦＥＴ回路
３０…コールドフィンガー
３１…基体
３２…皮膜
４０…冷却装置
４５…冷却媒体
５０…容器
６０…入射窓
１１０…遮蔽板
１２０…接続電極
２００…Ｘ線分析装置
３００…測定対象物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor X-ray detection apparatus 2 ... Signal analyzer 3 ... X-ray tube 10 ... Semiconductor X-ray detection element 20 ... First stage FET circuit 30 ... Cold finger 31 ... Base | substrate 32 ... Film | membrane 40 ... Cooling device 45 ... Cooling medium 50 ... Container 60 ... Incident window 110 ... Shielding plate 120 ... Connection electrode 200 ... X-ray analyzer 300 ... Measurement object

Claims

A semiconductor X-ray detection element for detecting X-rays;
A first stage FET circuit directly connected to the semiconductor X-ray detection element and receiving an output signal of the semiconductor X-ray detection element;
A cold finger having a structure in which a film made of an element lighter than aluminum is formed on the surface of a base made of aluminum, which is supported so as to surround the semiconductor X-ray detection element and the first stage FET circuit. Semiconductor X-ray detector.

The semiconductor X-ray detection apparatus according to claim 1, wherein the film is formed on at least a surface of the cold finger facing the semiconductor X-ray detection element.

The said cold finger is a cylinder shape by which the said film | membrane was formed in the inner surface, and the said semiconductor X-ray detection element and the said first stage FET circuit are arrange | positioned inside the said cold finger. The semiconductor X-ray detection apparatus described in 1.

The semiconductor X-ray detection apparatus according to claim 1, wherein the film is made of carbon.