엑스선 광전자 검출기 기능, 구조 및 종류

1. 엑스선광전자 검출기 기능

Detectors

대부분의 전자 분광계에서는 검출기에 도달하는 개별 전자를 카운팅 할 필요가 있습니다. 

이를 수행하기 위해서 전자 증배기가 사용됩니다.

많은 유형의 전자 증배기가 있지만 전자 분광계에는 채널트론(channeltrons)과 채널 플레이트(channel plates) 두 가지 유형이 일반적으로 사용됩니다.

 

2. 엑스선광전자 검출기 구조 및 종류

1) Channel electron multipliers(채널 전자 증배기)

채널 전자 증배기는 한쪽 끝에 원추형 컬렉터가 있고 다른 쪽 끝에 금속 anode가 있는 나선형 유리관으로 구성되어 있습니다. 검출기의 내부 벽은 임계운동에너지보다 큰 전자에 부딪혔을 때 많은 2차 전자를 방출하는 물질로 코팅되어 있습니다.

그림 1에서 보는 것처럼 큰 전위차가 채널트론의 길이에 걸쳐 적용되며 원뿔은 음수입니다. 

전자가 원뿔의 내부 표면에 부딪힐 때, 많은 전자가 방출되어 검출기의 튜브로 가속되며 여기에서 더 많은 충돌이 발생하고 충돌할 때마다 캐스케이드의 총 전자 수가 증가합니다.

 

채널트론의 gain은 끝 사이의 전위차에 따라 달라집니다. 전압이 낮으면 출력 펄스가 감지되지 않습니다. 전압이 특정 임계 값 이상으로 증가하면 펄스를 감지할 수 있습니다. 검출효율은 plateau voltage에 도달할 때까지 전압에 따라 계속 증가합니다.

이 전압 이상에서 측정된 출력 카운트 속도는 채널트론 양단의 전압과는 무관합니다.

그러므로 작동 지점은 plateau 바로 위에 있도록 선택해야 합니다.

그리고 정확한 작동 전압은 채널트론의 수명과 설계에 따라 달라지는데 일반적으로 2 kV와 4 kV 사이입니다.  또한 채널트론의 전압이 올바른지 주기적으로 확인해야 합니다.

 

검출기에 도달하는 각 전자는 일반적으로 약 10⁸개의 전자가 anode에 도달하게 합니다.

그리고 펄스 증폭기를 사용하여 이러한 전하 펄스를 증폭하고 속도 측정기로 계산할 수 있는 구형파(square wave)를 생성해야 합니다. Discriminator를 사용하면 채널트론이나 프리앰프(preamplifier)에서 나오는 노이즈 신호를 제거할 수 있습니다.

 

채널트론은 분석기의 분산 방향으로 약 5 mm, 비분산 방향으로 약 15 mm를 샘플링 가능합니다.

분광계의 감도를 높이기 위해 채널트론 배열을 검출기로 사용하는 것이 일반적입니다.

채널트론은 분산 방향을 따라 배열되므로 각각 다른 전자 운동 에너지를 수집합니다.

 

데이터 시스템은 적절한 에너지 전환을 적용한 후 각 채널트론의 출력을 합산합니다.

Channeltron은 매우 높은 카운트 속도에서 비선형이 되지만 최대 약 3 x 10⁶  counts/s까지 감지할 수 있습니다.

 

     

 

2) Channel plates(채널 플레이트)

채널 플레이트는 일련의 작은 구멍이 있는 디스크입니다. 

이들 각각 구멍은 작은 채널트론처럼 작동합니다.

개별 채널의 게인은 채널트론보다 훨씬 낮기 때문에 한 쌍의 채널 플레이트를 나란히 사용하는 것이 일반적입니다. 

채널 플레이트를 사용하여 감지할 수 있는 최대 카운트 속도는 2차원 감지를 위한 현재 시스템에서 약 3x10⁵ counts/s이지만 원칙적으로 간단한 분광법의 경우 1 x 10⁷ counts/s만큼 높을 수 있습니다.

 

채널 플레이트는 2차원 데이터를 감지해야 할 때 주로 사용됩니다; 분광계는 채널 플레이트를 사용하여 신호를 측정하도록 설계되었습니다.

• 광전자 이미지의 병렬 획득을 위한 X-Y 어레이에서,

• XPS 라인 스캔의 병렬 획득을 위한 X-에너지 어레이에서,

• 각분해 XPS 스펙트럼의 병렬 획득을 위한 에너지 각도 배열에서.