Semiconductor Peltier‐cooled detectors for x‐ray fluorescence analysis

Abstract

We discuss recent results obtained in the development of Si(Li), Si p-i-n, CdTe p-i-n and CdZnTe x-ray detectors with Peltier coolers for fabrication of laboratory and portable XRF analyzers. The characteristics of Si(Li) Peltier-cooled detectors are close to those of detectors cooled with the liquid nitrogen and remain the most preferred type of detectors for the tasks of x-ray fluorescence analysis. Considerable success was obtained in the improvement of the characteristics of CdTe p-i-n detectors and CdZnTe detectors with a metal-semiconductor-metal structure, effective in the energy range up to 100 keV. The spectra of all detectors are presented.

Atomic and Nuclear Analytical Methods

“…Since Si (Li) detectors require liquid nitrogen cooling to provide acceptable resolution, further refinements in detector technology have led to the introduction of alternative detector (Sokolov et al 2004) types including Si(PIN) detectors (which do not require cryogenic cooling -the thermoelectric cooler cools both the silicon detector and the input FET transistor to the charge sensitive preamplifier), Si-drift detectors (expansive, but with a very high count rate capability), and various semiconductor materials of higher atomic number (Ge, CdZnTe, HgI 2 ) that can extend the detector efficiency beyond the 20 keV limit typical of Si (Li) detectors. The use of HgI 2 crystal is advantageous because of the high atomic number of the elemental components and the large band gap (2.1 eV) associated with electronic transitions.…”

SANDRA: a portable XRF system for the study of Mexican cultural heritage

“…Since the early works using portable XRF systems1, 3, 5, 7, 11, many improvements have been achieved 1, 2, 14–16. With the development of Si‐PIN and silicon drift detectors,17–19 the systems became lighter and the portability was significantly improved for in situ measurements. Thus, several systems have been developed in many countries, mainly in Europe.…”

“…XRF apparatus are extensively applied for the characterization of all kind of cultural heritage's materials 26–33. Often, XRF analyses are complemented by other portable spectrometers, such as the Raman ones,13–34 and also using other X‐ray based techniques such as particle induced X‐ray emission spectroscopy (PIXE) 35, 36. The last improvements on XRF systems consider the development of devices combining X‐ray diffraction (XRD) and XRF in situ 37–39…”

Thermoelectric Coolers for X-ray Detectors

“…Для підвищення роздільної здатності рентгенівських детекторів важливо вирішити завдання забезпечення оптимальної температури їхньої роботи [3][4][5][6][7][8][9]. розв'язати його можливо шляхом використання напівпровідникових термоелектричних охолоджувачів (теО) [5][6][7][8][9], що дозволяє забезпечити потрібну глибину охолодження в мінімальному робочому об'ємі детектора.…”

“…Для підвищення роздільної здатності рентгенівських детекторів важливо вирішити завдання забезпечення оптимальної температури їхньої роботи [3][4][5][6][7][8][9]. розв'язати його можливо шляхом використання напівпровідникових термоелектричних охолоджувачів (теО) [5][6][7][8][9], що дозволяє забезпечити потрібну глибину охолодження в мінімальному робочому об'ємі детектора. так, однокаскадні термоелектричні моду лі застосовують для неглибокого охолодження (до 250 к), для охолодження сен сорів до робочої температури 230 к використовують двокаскадні теО, до 210 к -трикаскадні, а для охолодження нижче 190 к -чо ти ри-та п'ятикаскадні теО [10].…”