[发明专利]数字脉冲处理器倾斜度修正

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年8月3日提交的题为“DIGITAL PULSEPROCESSOR SLOPE CORRECTION”的美国临时申请No.60/963,312的权益，其公开内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及能量色散辐射光谱测量系统(energy-dispersiveradiation spectrometry)，诸如X射线光谱测量系统或γ射线光谱测量系统，并且特别是涉及用于改善能量色散辐射光谱测量系统的数字脉冲处理器中的倾斜度修正的方法。

背景技术

诸如(但不限于)X射线光谱测量系统或γ射线光谱测量系统的能量色散辐射光谱测量系统用于检测、测量和分析来自例如扫描电子显微镜(SEM)的诸如X射线发射或γ射线发射等辐射发射。典型的能量色散辐射光谱测量系统包括以下四个主要部件：(1)检测器，(2)前置放大器，(3)脉冲处理器，以及(4)基于计算机的分析器。仅仅为方便起见，而不是出于限制目的，以下说明将涉及X线射光谱测量系统和X射线形式的光子(与例如在γ射线光谱测量系统中所检测的γ射线形式的光子相比)。

通常采取某种类型的半导体传感器形式的检测器将输入的X射线转换成非常小的电流脉冲，其数量级通常为几万电子，持续时间约为几十至几百毫纳秒。每个电流脉冲的幅值与X射线的能量成比例。

所述前置放大器将由所述检测器输出的电流脉冲放大且通常将其转换成在几十毫伏直至几百毫伏范围内的电压信号。存在两种主要类型的前置放大器：“拖尾脉冲”或RC耦合前置放大器，以及脉冲复位前置放大器。在脉冲复位型的前置放大器中，在传感器中产生的电荷被集中在反馈电容器中，使得所得到的电压以变化的高度和间隔逐步增大，直至其达到上限。当达到限度时，施加用于耗尽来自反馈电容器的积聚电荷的“复位”脉冲，使前置放大器在短时间内、通常在几微秒内恢复至接近于其最小输出电压。然后，由于X射线与检测器的相互作用而产生的电荷再次在反馈电容器上积聚，并且该循环重复。相反，拖尾脉冲前置放大器充当对于所述检测器所输出的电压阶跃信号的高通滤波器，具有到基线的指数返回，其时间常数与前置放大器的反馈电容器中的电荷集中时间相比较长。本文在别处所描述的主题适用于脉冲复位前置放大器。

所述脉冲处理器接收前置放大器信号并通过积分处理产生X射线的能量的数字表示。在早期的能量色散辐射光谱测量系统中，脉冲处理器包括两个单独的部件，即“整形放大器”和模数转换器。另一方面，现代能量色散辐射光谱测量系统通常将这些功能组合，其中，最新的设计直接将前置放大器信号数字化并使用数字信号处理来执行所有脉冲检测和滤波功能。本文在别处所描述的主题适用于全数字脉冲处理。

基于计算机的分析器将所述脉冲处理器所输出的X射线能量积聚成检测到的X射线的数量相对于其能量的光谱或曲线图。光谱被分成任意数目的称为“通道(channel)”或“区间(bin)”的小范围。在早期的系统中，称为多通道分析器(MCA)的硬件部件将X射线积聚到光谱通道中，并且计算机读出相加的结果。在现代系统中，由计算机或者甚至在脉冲处理器内以软件处理MAC功能。

脉冲处理器的作业由于多种因素而变得更加复杂。例如，电子噪声被叠加在从前置放大器接收到的基础信号(underlying signal)上。对于接近于最低可检测能量水平的X射线而言，前置放大器输出阶跃高度可以显著小于电子噪声的峰-峰漂移。在这种情况下，只能通过在该步骤之前和之后在相对长的时间段内对信号进行滤波来检测X射线，以便平衡掉(average away)噪声的影响。

其次，前置放大器输出中的阶跃并不是瞬时的。在无噪声的情况下，信号将是S形(S状)曲线。这是由于带宽限制、器件电容、以及X射线所产生的所有电子到达传感器的阳极所需的时间而引起的。这些电子可以被视为小集群或集合，其在半导体传感器内的偏压场的影响下朝着阳极运动穿过传感器材料。

除X射线所产生的电子之外，还存在由于泄漏而引起的电子到前置放大器的反馈电容器的缓慢连续流动。此泄漏电流甚至在不存在X射线的情况下也表现为前置放大器输出中的微小正倾斜度。泄漏电流的量是半导体检测器中的温度的强函数；在硅器件中，对于每7摄氏度的温度增加，泄漏大约加倍。称为“硅漂移检测器”(SDD)的最新一代的商业硅传感器在比必须被冷却至液氮温度以进行正确操作的传统的所谓锂漂移硅(Si(Li))高得多的温度下工作。因此，当采用SDD时泄漏电流高得多，并且前置放大器输出中的背景倾斜度(background slope)也相对较高。