作者： 时间：2022-10-20
本文主要写了AXUV工作原理、AXUV光电二极管的应用、AXUV电子探测器、X射线探测器。XUV光电二极管表现出非常低的噪声，不需要外部电压就可以工作，对磁场不敏感，成本低，并且具有很高的性价比，较大的收集面积和尺寸比，这使得它们在卫星和深空探测器中的使用极具吸引力。
AXUV工作原理
当AXUV二极管暴露在能量大于1.12 eV的光子中时(波长小于1100nm)，就会产生电子-空穴对(载流子)。这些光生载流子被p-n结电场分离，并产生与电子孔数量成比例的电流。与所产生的电子-空穴对的数量成比例的电流流过一个外部电路，对于大多数XUV光子，大约需要3.7eV的能量来产生一个电子-空穴对。因此，超过一个电子-空穴对通常由这些光子产生，这导致器件的量子效率(每一个入射光子被外部电路看到的电子)远远大于统一，它随着光子能量的增加而线性增加。
美国Opto diode AXUV系列光电二极管的两个独特性能提供了以前无法实现的稳定、高量子效率的XUV光子。第一个特性是没有表面死区，即没有光生载流子在掺杂的n区或在硅-二氧化硅界面上重新结合。由于大多数XUV光子的吸收深度在硅中小于1微米，没有死区，就能通过外部电路完全收集光生载流子外部电路，导致100%的载流子收集效率和接近理论量子效率。
美国Opto diode AXUV二极管的第二个独特性能是极薄（3至7纳米）。抗辐射坚硬的二氧化硅结点钝化保护入口窗口。由于这两个突出的特性，AXUV二极管的量子效率在大部分的XUV区域中可以通过理论式Eph/3.7表达，其中Eph是以电子伏特为单位的光子能量。唯一的量子效率损失是由于前面（3到7纳米）的二氧化硅窗口在波长（主要是7到100eV的光子）的氧化物吸收、反射不能被忽略。在波长短于约0.41纳米或长于约700纳米的情况下，光电二极管的反应是不稳定的。光电二极管的反应将受到 "有效硅厚度 "二极管的限制。该效应变得重要的确切波长取决于有效硅厚度。硅的有源收集区域和响应性将从其理想值中减少。有效硅厚度可以在IRD的辐射测量设备上测量。由于探测器的绝对性质，这个厚度可以用来计算高达50KeV能量（见绝对X射线检测器页面）的二极管的响应性。
图1显示了具有不同氧化物和硅厚度的AXUV光电二极管的典型量子效率图。
由于AXUV二极管极薄（3至7纳米）的入口窗口，AXUV二极管对低能量电子和氢气的反应接近理论水平。下图显示了AXUV光电二极管对能量为10-4000eV的光子的响应性。4000eV能量的光子以及100至40000eV能量的电子和氢气的响应。
AXUV光电二极管的典型UV/Visible响应率，50微米的有效硅厚度
AXUV光电二极管的应用
与正统的管式XUV探测器相比，AXUV系列光电二极管具有以下优势。AXUV系列光电二极管表现出非常低的噪声，不需要外部电压就可以工作，对磁场不敏感，成本低，并且具有很高的性价比，较大的收集面积和尺寸比，这使得它们在卫星和深空探测器中的使用极具吸引力。
因为它们易于使用，具有出色的稳定性和空间均匀性的量子效率。量子效率、大的动态范围（超过8个数量级）、小的尺寸、坚固耐用和超强的性能，美国Opto diode AXUV光电二极管已被批准作为XUV光谱范围内的转移标准。体积小，坚固耐用，与超高真空兼容。这些二极管可在开放面配置下，甚至在有气体存在的情况下，波长可达到埃。存在的气体。这一特点AXUV二极管分光计提供了一个与现有常规XUV光谱仪相比具有重要优势的探测器，需要在真空中或有窗口的环境下使用。
一个AXUV多元素二极管阵列已成功用于环形加速器实验（RACE），在劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的环形加速器实验（RACE）中成功使用，并被其他聚变研究实验室使用。世界各地的其他核聚变研究实验室也成功地使用了AXUV多元素二极管阵列，以获得辐射功率与长度和半径的关系。辐射功率与等离子体的长度和半径曲线。由于其快速的反应速度，该阵列被发现可以产生极好的时间分辨率的功率，在稳态等离子体瞬态的时间分辨率。
小面积优化的AXUV二极管高响应速度被发现是美国/俄罗斯联合磁化目标中XUV测量的理想探测器，在核聚变实验中使用。测试的AXUV二极管的性能被认为是与钻石探测器的性能相当，但成本却低了几个数量级。
几个具有中心孔和矩形狭缝开口的四象限AXUV二极管，已经建立了专门用于同步辐射光束强度监测和位置检测的感应。由于其5微米的物理硅厚度，AXUV36二极管可以在传输模式下用于连续监测X射线束的强度。这些设备已被证明是非常有用的，因为不稳定的性质，同步辐射光束是实验误差的一个重要来源。
AXUV电子探测器
AXUV电子探测器（AXUV系列，p-n结光电二极管）已由IRD开发，用于探测电子和低能量离子。与普通的光电二极管不同，这些二极管没有掺杂的死区，并且具有零的表面重组，从而使低能量电子和离子的量子效率接近理论值。
AXUV光电二极管的行为特点是电子增益Ge，也就是每一个入射到探测器上的电子产生的电荷数或响应性R，即每个入射能量ε产生的电荷数。对于入射到探测器上的单能电子，Ge和R之间存在以下关系。
Ge=Rxε
响应性与在AXUV光电二极管中产生的电子空穴对的数量成正比。当光电二极管暴露在电子和离子中时，就会产生电子空穴对（载流子）；p-n结中的电场会分离电荷并驱动外部电路中的电流。硅的电子-空穴被发现在硅中是3.71 eV。对于光子，这个值可以用来计算无损系统中的理想响应率，RA=1/3.71电子，电荷/eV = 0.27 C/J = 0.27 A/W。
入射到探测器表面的粒子有额外的损失机制，而光子没有。光子所没有的。对于电子来说，这些损失在公式1中得到了总结。
Rm = RA (1 - ∆DL - ∆B - ∆R - Γ)
公式1：电子响应方程，包括响应性损失的术语。
Rm：实测响应率(A/W)
RA：在硅中理想的响应率（A/W）0.27 A/W
∆DL：死层吸收造成的部分损失
∆B：由于入射电子反向散射而造成的部分损失
∆R ：由于光电二极管中的残余损失效应造成的部分损失
Γ ：自于死层中的电子-空穴产生的低入射能量增强系数
AXUV绝对X射线探测器
AXUV标准光电二极管的有效硅厚度为30至105微米。因此，一部分能量高于4000eV的光子将通过活性硅传输使其量子效率从设计的100%降低。由于这种减少完全是由有限的硅厚度造成的，因此，如果知道硅的厚度，AXUV二极管也可以作为绝对的X射线探测器使用。如果硅厚度是已知的，AXUV100光电二极管（10mmx10mm有效面积），测量的硅厚度可达55微米，测量不确定度为±1.5微米，可作为标准产品提供。AXUV-20HE1光电二极管的硅厚度为425微米，并能100%地收集高达10KeV的光子。然而，由于这些器件的噪声大，建议使用具有已知硅厚度的AXUV100器件。光电二极管的定制厚度也可以制造。
作为X射线能量的函数，理论上的响应性可以得到，一旦知道硅的吸收A(εph)，就可以得到理论响应率与X射线能量的关系。吸收可以从公共来源获得，如LBL的光子能量达到到30KeV，以及30KeV以上的光子能量的NIST。一旦吸收是已知的，以下公式可以用来计算响应性。
Sεph=Q(εph)εph=0.98A(εph)3.65(A/W)
3.65的数值是硅中电子-空穴对创造能量的平均数值。系数0.98占2%的X射线荧光能量大于1838eV的光子在硅中的产量，并包括对一部分荧光的再吸收的估计。硅荧光产率已经在实验中测得光子的能量高达9KeV。
图1显示了45、100和425微米厚的硅的计算响应率。图2显示了使用NIST和LBL的数据计算的53微米硅厚度的响应性比较。
图3显示了最近获得的104微米厚的AXUV100GX器件的数据。该器件在PTB进行了校准，并与使用上述公式计算的响应率进行了比较。用上述公式计算的响应性进行比较，结果很理想。计算结果包括2%的荧光光子的重吸收。
