(57)【要約】【課題】  エネルギー分散型Ｘ線分光器に用いられるシリコンドリフト型検出器においてバックグランドを低減する。【解決手段】  Ｘ線検出素子１と電気接続するための電極端子板２とペルチェ素子３との間にペルチェ素子３を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする第１遮蔽体５と、ペルチェ素子３を構成する材料よりも原子番号の大きな元素を主成分とする第２遮蔽体６を備えることにより、Ｘ線検出素子１を透過したＸ線によってペルチェ素子３から発生する二次Ｘ線がＸ線検出素子１に入射する量を減少させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線又は電磁波を試料に照射して該試料から発生する特性Ｘ線を分光検出することにより該試料の分析を行なうＸ線分析装置に装着されるエネルギー分散型Ｘ線分光器に用いられるＸ線検出器であって、
Ｘ線を検出するための固体半導体からなるＸ線検出素子と、
前記Ｘ線検出素子にとりつけられ、前記Ｘ線検出素子を外部回路と電気接続するための接続端子を備えた電極端子板と、
前記電極端子板を介して熱的に接続して前記Ｘ線検出素子を冷却するペルチェ素子とからなるシリコンドリフト型Ｘ線検出器において、
前記Ｘ線検出素子と前記ペルチェ素子との間に前記ペルチェ素子を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする第１遮蔽体を備え、
前記Ｘ線検出素子を透過して前記ペルチェ素子に到達するＸ線の線量を前記第１遮蔽体により減少させるようにしたことを特徴とするシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項２】
前記第１遮蔽体と前記ペルチェ素子との間に、前記ペルチェ素子を構成する材料よりも原子番号の大きな元素を主成分とする第２遮蔽体をさらに備え、
前記Ｘ線検出素子を透過して前記ペルチェ素子に到達したＸ線により前記ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項３】
前記第１遮蔽体は窒化硼素又はベリリア磁器から成ることを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項４】
前記第２遮蔽体は金箔から成ることを特徴とする請求項２乃至３の何れかに記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項５】
電子線を試料に照射して該試料から発生する特性Ｘ線を分光検出することにより該試料の分析を行なう電子線装置に装着されるエネルギー分散型Ｘ線分光器に用いられるＸ線検出器であって、
Ｘ線を検出するための固体半導体からなるＸ線検出素子と、
前記Ｘ線検出素子にとりつけられ、前記Ｘ線検出素子を外部回路と電気接続するための接続端子を備えた電極端子板と、
前記電極端子板を介して熱的に接続して前記Ｘ線検出素子を冷却するペルチェ素子とからなるシリコンドリフト型Ｘ線検出器において、
前記電極端子板と前記ペルチェ素子との間に熱伝導体を備え、
前記熱伝導体の長さは、前記ペルチェ素子が発生する磁場が前記電子線装置の電子線に影響を及ぼさないように前記ペルチェ素子を前記Ｘ線検出素子から遠ざけておくのに必要な距離に基づいて定められることを特徴とするシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項６】
前記電極端子板と前記熱伝導体との間に前記熱伝導体を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする第１遮蔽体をさらに備え、
前記Ｘ線検出素子を透過して前記熱伝導体に到達するＸ線の線量を前記第１遮蔽体により減少させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項７】
前記熱伝導体の前記Ｘ線検出素子側に開口端を持つ有底の空洞をさらに備えたことを特徴とする請求項５又は６の何れかに記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項８】
前記有底の空洞が、前記Ｘ線検出素子を透過して進行するＸ線が斜めに入射する内壁面を有する形状であることを特徴とする請求項７に記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項９】
前記有底の空洞が円錐状又は多角錐状又は内壁が放物面状又は単一焦点を持たない曲面状の形状であることを特徴とする請求項８に記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項１０】
前記第１遮蔽体は窒化硼素又はベリリア磁器から成ることを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項１１】
前記第１遮蔽体と前記熱伝導体との間に前記熱伝導体よりも原子番号の大きな元素を主成分とする第３遮蔽体をさらに備え、前記Ｘ線検出素子を透過して前記熱伝導体に到達したＸ線により前記熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させるようにしたことを特徴とする請求項６乃至１０の何れかに記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項１２】
前記第３遮蔽体は金箔から成ることを特徴とする請求項６乃至１１の何れかに記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項１３】
前記有底の空洞内壁表面に前記熱伝導体を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とするＸ線減少層を設け、前記内壁表面で発生するＸ線のＸ線発生効率が小さくなるようにしたことを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項１４】
前記Ｘ線減少層はカーボン塗料から成ることを特徴とする請求項１３に記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項１５】
前記第１遮蔽体と前記第２遮蔽体との間に、前記第１遮蔽体より原子番号が大きく前記第２遮蔽体より原子番号が小さい元素を主成分とする少なくとも一つのX線遮蔽体を更に設けたことを特徴とする請求項２に記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【請求項１６】
前記第１遮蔽体と前記第３遮蔽体との間に、前記第１遮蔽体より原子番号が大きく前記第３遮蔽体より原子番号が小さい元素を主成分とする少なくとも一つのX線遮蔽体を更に設けたことを特徴とする請求項１１に記載のシリコンドリフト型Ｘ線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）等に搭載されるエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）においてＸ線を検出するために用いられるＸ線検出器に係わり、特にシリコンドリフト型Ｘ線検出器（ＳＤＤ）において検出するＸ線のバックグランドを低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＥＤＳに用いられている半導体Ｘ線検出器として、図９に示すようなシリコン（Ｓｉ）にリチウム（Ｌｉ）をドープしたＰＩＮ型検出器が有る。図９の半導体素子は逆バイアスが印加されたＰＩＮダイオードであり、一方の電極には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲートが接続されている。試料から発生したＸ線がＰＩＮ半導体に入射すると、Ｘ線量子のエネルギーに応じた数のイオン対が生成される。半導体に印加されている逆バイアス電圧により、生成したイオン対は分離して電子なだれを生じ、電極に引き寄せられる。ＦＥＴのゲート電極の電位が変化することにより、ＰＩＮダイオードに入射したＸ線量子のエネルギーに比例した大きさの電流変化信号が取り出される。なお、ＰＩＮ型検出器でＸ線を検出するときは、ＰＩＮダイオード部とＦＥＴを液体窒素で冷却する必要がある。
【０００３】
ＰＩＮ型検出器に対し、ＳＤＤはＸ線の高計数率測定を可能にするために比較的新しく開発されたＸ線検出器であり、ＰＩＮ型検出器とは大きく異なる構造を有している。ここでは、図５を参照しながら、ＳＤＤについて簡単に説明する。図５はＳＤＤのＸ線検出素子の概略構造図である。断面の構造を見やすいように、一部を切り欠いた図としている。
【０００４】
検出すべきＸ線はカソード（Ｃ）側（紙面下方）からＸ線検出素子に入射する。ＰＩＮ型検出器におけるＦＥＴは別体として配線接続されているが、ＳＤＤにおけるＦＥＴは図５に示すようにＸ線検出素子の後面上に形成されている。すなわち、ＦＥＴの電極はそれぞれ内側から、ドレイン（Ｄ）、ゲート（Ｇ）、ソース（Ｓ）の順にＸ線検出素子上に配置されている。
【０００５】
Ｘ線の高計数率測定を可能にするためには、Ｘ線検出素子に入射したＸ線によって作られるイオン対が電気的に取り出される時間（時定数）を出来るだけ短縮する必要がある。時定数を小さくするためにはＸ線検出素子の寄生静電容量を小さくしなければならない。ＳＤＤは、Ｘ線検出素子のアノード（Ａ）を小さくすること及びＦＥＴをＸ線検出素子に統合配置することにより寄生静電容量を小さくしている。しかし、アノードを小さくするだけでは、Ｘ線入射によって生じた電子をアノードにうまく導くことが出来ない。そのため、図５に示すように、「フィールドストリップ」と呼ばれる多段のリング状電極（実際の装置ではもっと多くのリングを形成する）を設け、アノードに近い内側のリングから外側に向かって段々に負電位のバイアスを与えるようにしている。電子はフィールドストリップにかけられた段階的な電界に沿って移動し、アノードに集中して流れ込む。アノードはＦＥＴのゲート電極に接続されている。ＦＥＴのゲート電極の電位が変化することにより、ＳＤＤに入射したＸ線量子のエネルギーに比例した大きさの電流変化信号が取り出される。
【０００６】
Ｘ線検出素子の厚みを増加させるに従い、フィールドストリップにかける逆バイアス電圧をそれだけ高くする必要がある。しかし、この電圧をあまり高くすると、Ｘ線検出素子の収納容器内を高真空に保つなどの厳しい保護条件を満たす必要がある。そのため性能との兼ね合いでＸ線検出素子の厚みは０．５ｍｍ程度と、ＰＩＮ型検出器に比べて薄く作られている。
【０００７】
ＳＤＤは通常ペルチェ素子を使用した電子冷却を行なう。液体窒素によらずペルチェ素子による冷却を行なうだけで、ＰＩＮ型Ｘ線検出器と同等のエネルギー分解能が得られること、またペルチェ素子による冷却機構を含む検出器全体の小型化と軽量化により装置への装着が容易であることもＳＤＤの特徴である。
【０００８】
図３に、ペルチェ素子を取り付けたＳＤＤの部分外観図を示す。図４は、図３に示すＳＤＤの断面図である。１はＸ線検出素子、１ａはＸ線検出素子１の後面上に統合配置されたＦＥＴ、２はＸ線検出素子１とＦＥＴ１ａに電気接続するための電気配線が施された電極端子板、３はペルチェ素子、４は後部熱伝導体である。電極端子板２は開口部２ａを持つ枠状であり、Ｘ線検出素子１の周辺部で接触し、保持するようになっている。従って、ＦＥＴが配置されたＸ線検出素子１の後面とペルチェ素子３との間には隙間がある。Ｘ線検出素子１を短時間で冷却できるように、ペルチェ素子３は電極端子板２を介してＸ線検出素子１になるべく近接するように取り付けられている。
【０００９】
特許文献１の特開２００６−１１９１４１号公報には、ＳＤＤの電荷−電圧変換率の率依存変化を補正する技術が開示されている。また、特許文献２の特開２００５−３０８６３２号公報には、ＰＩＮ型半導体検出器の冷却にペルチェ素子を使用する技術が開示されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１１９１４１号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したようにＳＤＤのＸ線検出素子の厚みは０．５ｍｍ程度であり、従来のＳｉ（Ｌｉ）半導体素子に比べてかなり薄く作られている。そのため、検出器に入射したＸ線のうち、Ｘ線検出素子を透過してＸ線検出素子の後方に取り付けられているペルチェ素子に到達する割合が多くなる。ペルチェ素子を構成する材料には原子番号の高い元素を多く含む材料が使用されているため、ペルチェ素子からは比較的高いエネルギーの二次Ｘ線が発生する。この二次Ｘ線が後面からＸ線検出素子に入射し検出されることによりバックグランドが増加するという問題がある。
【００１２】
またこれとは別に、Ｘ線検出素子に近接してペルチェ素子を取り付けることによる問題点もある。ペルチェ素子には直流の大電流が流れている。この電流が磁場を発生する。また近傍に磁性部品があると複雑な磁界となる。この直流電流に変動や雑音が重畳するとさらに複雑になる。ＴＥＭやＳＥＭに装着されるＸ線検出器は、観測しようとするＸ線の検出感度をあげるため、電子線が当たる測定試料のできるだけ近い位置に配置される。しかし、図３、図４に示すように、Ｘ線検出素子を冷却するためのペルチェ素子も試料の近傍に近づくことになるので、試料に照射される電子線はペルチェ素子の発生する磁界による影響を受け、電子顕微鏡の性能に悪影響を与えるという問題がある。この問題はＳＤＤをＸＲＦに装着する場合は特に問題となることは無い。しかし、電子線を試料に照射して該試料から発生する特性Ｘ線を分光検出することによって試料の分析を行なうＴＥＭやＳＥＭなどの電子線装置に装着する場合は大きな問題である。以下に説明するように、この問題は特にＴＥＭにＳＤＤを装着した場合においてより顕著にあらわれる。
【００１３】
図６はＴＥＭにＥＤＳを装着して分析を行なうときの模式図である。上側対物レンズ磁極と下側対物レンズ磁極との間には電子線を集束するための極めて強い磁場が発生している。電子線照射により試料から発生するＸ線を出来るだけ多く検出するにはＥＤＳを出来るだけ試料に近づける必要がある。しかしＥＤＳを試料に近づけようとすると、ＥＤＳの先端はこの磁場により近づく状態となる。もしＥＤＳがＳＤＤタイプのＸ線検出器であれば、冷却用のペルチェ素子から発生する磁場がＴＥＭの対物レンズの磁場を乱し、電子線に悪影響を与えることになる。
【００１４】
一方、図７と図８はＳＥＭにＥＤＳを装着して分析を行なうときの模式図である。図７はアウトレンズ型対物レンズを有するＳＥＭの場合、図８はセミインレンズ型対物レンズを有するＳＥＭの場合である。アウトレンズ型対物レンズの場合は、ＥＤＳが配置される近傍まで対物レンズの磁場が漏れる事はない。セミインレンズ型対物レンズは試料面まで対物レンズの磁場を漏らすようにして電子線を細く絞るようにするタイプの対物レンズである。しかし、試料面にまで磁場を漏らして使用する場合は、高分解能を得ることが目的であり、このときの対物レンズ下面と試料面との距離は極めて小さい。従って、この漏れ磁場に影響を与えるほど試料にＥＤＳを近づけることは出来ない。よって、ＳＥＭに取り付けるＥＤＳがＳＤＤであっても、ＴＥＭに取り付けた場合に比べると、ペルチェ素子から発生する磁場の影響は少ない。
【００１５】
即ち、ＳＤＤの半導体素子が薄いことによる問題はＴＥＭとＳＥＭに取り付けた場合に共通の問題であり、ペルチェ素子から発生する磁場の問題はＴＥＭに取り付けた場合の問題である。
【００１６】
本発明は上記した問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＳＤＤの半導体素子を透過したＸ線が冷却用のペルチェ素子の構成元素を励起して二次的に発生するＸ線を抑制することによりバックグランドを低減することである。また、もうひとつの目的は、ＳＤＤをＴＥＭに装着した場合に、試料に照射する電子線が冷却用のペルチェ素子から発生する磁場の影響を受けないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の問題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、電子線又は電磁波を試料に照射して該試料から発生する特性Ｘ線を分光検出することにより該試料の分析を行なうＸ線分析装置に装着されるエネルギー分散型Ｘ線分光器に用いられるＸ線検出器であって、
Ｘ線を検出するための固体半導体からなるＸ線検出素子と、
前記Ｘ線検出素子にとりつけられ、前記Ｘ線検出素子を外部回路と電気接続するための接続端子を備えた電極端子板と、
前記電極端子板を介して熱的に接続して前記Ｘ線検出素子を冷却するペルチェ素子とからなるシリコンドリフト型Ｘ線検出器において、
前記Ｘ線検出素子と前記ペルチェ素子との間に前記ペルチェ素子を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする第１遮蔽体を備え、
前記Ｘ線検出素子を透過して前記ペルチェ素子に到達するＸ線の線量を前記第１遮蔽体により減少させるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また請求項２に記載の発明は、前記第１遮蔽体と前記ペルチェ素子との間に、前記ペルチェ素子を構成する材料よりも原子番号の大きな元素を主成分とする第２遮蔽体をさらに備え、
前記Ｘ線検出素子を透過して前記ペルチェ素子に到達したＸ線により前記ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させるようにしたことを特徴とする。
【００１９】
また請求項３に記載の発明は、前記第１遮蔽体は窒化硼素又はベリリア磁器から成ることを特徴とする。
【００２０】
また請求項４に記載の発明は、前記第２遮蔽体は金箔から成ることを特徴とする。
【００２１】
また請求項５に記載の発明は、電子線を試料に照射して該試料から発生する特性Ｘ線を分光検出することにより該試料の分析を行なう電子線装置に装着されるエネルギー分散型Ｘ線分光器に用いられるＸ線検出器であって、
Ｘ線を検出するための固体半導体からなるＸ線検出素子と、
前記Ｘ線検出素子にとりつけられ、前記Ｘ線検出素子を外部回路と電気接続するための接続端子を備えた電極端子板と、
前記電極端子板を介して熱的に接続して前記Ｘ線検出素子を冷却するペルチェ素子とからなるシリコンドリフト型Ｘ線検出器において、
前記電極端子板と前記ペルチェ素子との間に熱伝導体を備え、
前記熱伝導体の長さは、前記ペルチェ素子が発生する磁場が前記電子線装置の電子線に影響を及ぼさないように前記ペルチェ素子を前記Ｘ線検出素子から遠ざけておくのに必要な距離に基づいて定められることを特徴とする。
【００２２】
また請求項６に記載の発明は、前記電極端子板と前記熱伝導体との間に前記熱伝導体を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする第１遮蔽体をさらに備え、
前記Ｘ線検出素子を透過して前記熱伝導体に到達するＸ線の線量を前記第１遮蔽体により減少させるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
また請求項７に記載の発明は、前記熱伝導体の前記Ｘ線検出素子側に開口端を持つ有底の空洞をさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
また請求項８に記載の発明は、前記有底の空洞が前記Ｘ線検出素子を透過して進行するＸ線が斜めに入射する内壁面を有する形状であることを特徴とする。
【００２５】
また請求項９に記載の発明は、前記有底の空洞が円錐状又は多角錐状又は内壁が放物面状又は単一焦点を持たない曲面状の形状であることを特徴とする。
【００２６】
また請求項１０に記載の発明は、前記第１遮蔽体は窒化硼素又はベリリア磁器から成ることを特徴とする。
【００２７】
また請求項１１に記載の発明は、前記第１遮蔽体と前記熱伝導体との間に前記熱伝導体よりも原子番号の大きな元素を主成分とする第３遮蔽体をさらに備え、前記Ｘ線検出素子を透過して前記熱伝導体に到達したＸ線により前記熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させるようにしたことを特徴とする。
【００２８】
また請求項１２に記載の発明は、前記第３遮蔽体は金箔から成ることを特徴とする。
【００２９】
また請求項１３に記載の発明は、前記有底の空洞内壁表面に前記熱伝導体を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とするＸ線減少層を設け、前記内壁表面で発生するＸ線のＸ線発生効率が小さくなるようにしたことを特徴とする。
【００３０】
また請求項１４に記載の発明は、前記Ｘ線減少層はカーボン塗料から成ることを特徴とする。
【００３１】
また請求項１５に記載の発明は、前記第１遮蔽体と前記第２遮蔽体との間に、前記第１遮蔽体より原子番号が大きく前記第２遮蔽体より原子番号が小さい元素を主成分とする少なくとも一つのＸ線遮蔽体を更に設けたことを特徴とする。
【００３２】
また請求項１６に記載の発明は、前記第１遮蔽体と前記第３遮蔽体との間に、前記第１遮蔽体より原子番号が大きく前記第３遮蔽体より原子番号が小さい元素を主成分とする少なくとも一つのＸ線遮蔽体を更に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
（１）請求項１記載の発明によれば、Ｘ線検出素子とペルチェ素子との間にペルチェ素子を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする第１遮蔽体を備えたので、Ｘ線検出素子を透過してペルチェ素子に到達するＸ線の線量を第１遮蔽体により減少させ、また第１遮蔽体から発生するＸ線のエネルギーを低くすることができる。そのため、ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線の量が減少し、また第１遮蔽体から発生するＸ線がＸ線検出素子で検出されにくくなるのでバックグランドを軽減することができる。
【００３４】
（２）請求項２記載の発明によれば、第１遮蔽体とペルチェ素子との間に、ペルチェ素子を構成する材料よりも原子番号の大きな元素を主成分とする第２遮蔽体をさらに備えたので、Ｘ線検出素子を透過してペルチェ素子に到達したＸ線によりペルチェ素子から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのため、ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線がＸ線検出素子に入射する量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、第１遮蔽体として窒化硼素又はベリリア磁器を用いることにより、Ｘ線検出素子を透過してペルチェ素子に到達するＸ線の線量を第１遮蔽体により減少させ、また第１遮蔽体から発生するＸ線のエネルギーを低くすることができる。そのため、ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線の量が減少し、また第１遮蔽体から発生するＸ線がＸ線検出素子で検出されにくくなるのでバックグランドを軽減することができる。
【００３５】
（４）請求項４記載の発明によれば、第２遮蔽体として金箔を用いることにより、Ｘ線検出素子を透過してペルチェ素子に到達したＸ線によりペルチェ素子から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのため、ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線がＸ線検出素子に入射する量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
【００３６】
（５）請求項５記載の発明によれば、電極端子板とペルチェ素子との間に熱伝導体を備えたので、ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線の量が減少し、バックグランドを軽減することができる。またペルチェ素子が発生する磁場が電子線装置の電子線に影響を及ぼさないようにペルチェ素子の位置をＸ線検出素子から遠ざけることにより、ＴＥＭに装着する場合にもペルチェ素子による試料に照射する電子線への影響を避けることが出来る。
【００３７】
（６）請求項６記載の発明によれば、電極端子板とペルチェ素子との間に熱伝導体を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする第１遮蔽体を備えたので、Ｘ線検出素子を透過して熱伝導体に到達するＸ線の線量を減少させることができる。また第１遮蔽体から発生するＸ線のエネルギーを低くすることができる。そのため、熱伝導体から発生する二次Ｘ線がＸ線検出素子によって検出される量が減少し、バックグランドを軽減することができる。
【００３８】
（７）請求項７記載の発明によれば、熱伝導体のＸ線検出素子側に開口端を持つ有底の空洞をさらに備えたので、Ｘ線検出素子を透過して熱伝導体に入射したＸ線が有底の空洞の壁面から二次Ｘ線を発生させるようになる。そのため、発生した二次Ｘ線がＸ線検出素子によって検出される量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
【００３９】
（８）請求項８記載の発明によれば、前記有底の空洞が、前記Ｘ線検出素子を透過して進行するＸ線が斜めに入射する内壁面を有する形状としたので、有底の空洞の壁面で発生した二次Ｘ線がＸ線検出素子によって検出される量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
【００４０】
（９）請求項９記載の発明によれば、熱伝導体に設けた有底の空洞を円錐状又は多角錐状又は内壁が放物面状又は単一焦点を持たない曲面状の形状としたので、有底の空洞の壁面で発生した二次Ｘ線がＸ線検出素子によって検出される量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
【００４１】
（１０）請求項１０記載の発明によれば、第１遮蔽体として窒化硼素又はベリリア磁器を用いることにより、Ｘ線検出素子を透過してペルチェ素子に到達するＸ線の線量を第１遮蔽体により減少させ、また第１遮蔽体から発生するＸ線のエネルギーを低くすることができる。そのため、ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線の量が減少し、また第１遮蔽体から発生するＸ線がＸ線検出素子で検出されにくくなるのでバックグランドを軽減することができる。
【００４２】
（１１）請求項１１に記載の発明によれば、第１遮蔽体と熱伝導体との間に熱伝導体よりも原子番号の大きな元素を主成分とする第３遮蔽体をさらに備えたので、Ｘ線検出素子を透過して熱伝導体に到達したＸ線により熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのため熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
【００４３】
（１２）請求項１２に記載の発明によれば、第３遮蔽体として金箔を用いることにより、Ｘ線検出素子を透過して熱伝導体に到達したＸ線により熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのため熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
【００４４】
（１３）請求項１３に記載の発明によれば、有底の空洞内壁表面に熱伝導体を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とするＸ線減少層を設け、前記内壁表面で発生するＸ線のＸ線発生効率が小さくなるようにしたので、Ｘ線検出素子を透過して熱伝導体に到達したＸ線により熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのためバックグランドを軽減することができる。
【００４５】
（１４）請求項１４に記載の発明によれば、Ｘ線減少層としてカーボン塗料を用いることにより有底の空洞内壁表面よりのＸ線発生効率が小さくなるため、Ｘ線検出素子を透過して熱伝導体に到達したＸ線により熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのためバックグランドを軽減することができる。
【００４６】
（１５）請求項１５に記載の発明によれば、前記第１遮蔽体と前記第２遮蔽体との間に、前記第１遮蔽体より原子番号が大きく前記第２遮蔽体より原子番号が小さい元素を主成分とする少なくとも一つのＸ線遮蔽体を更に設けたことにより、Ｘ線検出素子を透過してペルチェ素子に到達したＸ線によりペルチェ素子から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのため、ペルチェ素子から発生する二次Ｘ線がＸ線検出素子に入射する量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
（１６）請求項１６に記載の発明によれば、前記第１遮蔽体と前記第３遮蔽体との間に、前記第１遮蔽体より原子番号が大きく前記第３遮蔽体より原子番号が小さい元素を主成分とする少なくとも一つのＸ線遮蔽体を更に設けたことにより、Ｘ線検出素子を透過して熱伝導体に到達したＸ線により熱伝導体から発生する二次Ｘ線が前記Ｘ線検出素子へ入射する量を減少させることができる。そのため、熱伝導体から発生する二次Ｘ線がＸ線検出素子に入射する量を減少させ、バックグランドを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を実施するひとつのシリコンドリフト型Ｘ線検出器の概略構成例を示す断面図。
【図２】本発明を実施する他のシリコンドリフト型Ｘ線検出器の概略構成例を示す断面図。
【図３】シリコンドリフト型Ｘ線検出器の一例を示す外観図。
【図４】シリコンドリフト型Ｘ線検出器の一例を示す断面図。
【図５】シリコンドリフト型Ｘ線検出器の原理を説明するための図。
【図６】シリコンドリフト型Ｘ線検出器を透過電子顕微鏡に装着した様子を示す図。
【図７】アウトレンズ型対物レンズを有する走査電子顕微鏡にシリコンドリフト型Ｘ線検出器を装着した様子を示す図。
【図８】インレンズ型対物レンズを有する走査電子顕微鏡にシリコンドリフト型Ｘ線検出器を装着した様子を示す図。
【図９】シリコン（Ｓｉ）にリチウム（Ｌｉ）をドープしたＰＩＮ型検出器の原理を説明するための図。
【図１０】本発明を実施するひとつのシリコンドリフト型Ｘ線検出器の変形された概略構成例を示す断面図。
【図１１】本発明を実施する他のシリコンドリフト型Ｘ線検出器の変形された概略構成例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下図１、図２を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。但し、この例示によって本発明の技術範囲が制限されるものでは無い。各図において、同一または類似の動作を行なうものには共通の符号を付し、詳しい説明の重複を避ける。なお、以下の説明において、便宜的に本来検出すべきＸ線がＸ線検出器に入射する側の面を前面、入射と反対側の面を後面と呼ぶ。
（実施の形態１）
図１は、本発明を実施するシリコンドリフト型Ｘ線検出器（ＳＤＤ）の概略構成例を示す断面図である。１はＸ線検出素子、１ａはＸ線検出素子１の後面上に統合配置された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、２はＸ線検出素子１とＦＥＴ１ａに電気接続するための電気配線が施された電極端子板、３はペルチェ素子、４は後部熱伝導体、５は例えば窒化硼素（ＢＮ）やベリリア磁器等の軽元素材料からなる第１遮蔽体、６は例えば金箔等の重元素からなる第２遮蔽体、７は冷却されたＳＤＤを真空環境下に保持するための非磁性外套、８はＸ線入射窓である。電極端子板２は開口部２ａを持つ枠状であり  Ｘ線検出素子１の周辺部で接触し、Ｘ線検出素子１を保持している。
【００４９】
Ｘ線検出素子１の厚みは０．５ｍｍ程度と薄いため、Ｘ線検出素子１を透過したＸ線の多くは第１遮蔽体５に入射する。第１遮蔽体５を構成するのは、例えば窒素（Ｎ）、硼素（Ｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、酸素（Ｏ）等の軽元素である。シリコン（Ｓｉ）主体の半導体Ｘ線検出器において、一般に各元素の特性Ｘ線に対する検出感度はＳｉが最大で、Ｎ，Ｂ，Ｂｅ，Ｏ等の軽元素から発生する低エネルギーの特性Ｘ線に対する感度は極めて低い。加えて、軽元素から発生する特性Ｘ線の電子線による励起効率も低いので、元々軽元素から発生する特性Ｘ線量も少ない。第１遮蔽体５は、少なくとも後述するペルチェ素子３を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の小さな元素を主成分とする必要があるが、上記したようにできるだけ軽い元素から成る成分で構成することが望ましい。
【００５０】
一方、ペルチェ素子３を構成する材料には、例えばビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、インジウム（Ｉｎ）等の重金属が含まれている。これらの重元素から発生する二次Ｘ線は比較的高エネルギーで、多くの特性Ｘ線種が存在する。特に２〜３ｋｅＶくらいのエネルギーを持つ特性Ｘ線種は、シリコン（Ｓｉ）主体の半導体Ｘ線検出器の検出感度が高いエネルギー範囲に含まれる。
【００５１】
そのため、軽元素材料からなる第１遮蔽体を設けた場合にＸ線検出素子１を透過したＸ線によって第１遮蔽体５から発生する二次Ｘ線が後面からＸ線検出素子１に入射するＸ線量は、第１遮蔽体が無くて直接ペルチェ素子３から発生する二次Ｘ線が後面からＸ線検出素子１に入射するＸ線量に比べて大幅に低下する。これにより、二次Ｘ線に起因するバックグランドを軽減することが出来る。
【００５２】
なお、図１において第１遮蔽体５はペルチェ素子３と電極端子板２との間に挟まれるため、熱伝導性に優れた材料であることが必要である。前述の窒化硼素（ＢＮ）やベリリア磁器はこの条件を満たす代表的材料であるが、熱伝導性に優れた軽元素材料であればこれらに限る必要は無い。
【００５３】
第１遮蔽体５は軽元素を主とする構成のため、Ｘ線検出素子１を透過したＸ線がさらに第１遮蔽体５も透過してペルチェ素子３に到達してしまうＸ線もありえる。ペルチェ素子３の材料には重元素が含まれるため、比較的エネルギーの高い二次Ｘ線が発生する場合も有る。こうしたエネルギーの高いＸ線が後面からＸ線検出素子１に入射しないように遮蔽するため、第１遮蔽体５とペルチェ素子３との間に重元素からなる第２遮蔽体６を配置するとなお良い。
【００５４】
第２遮蔽体６は、少なくともペルチェ素子３を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の大きな元素を主成分とする必要がある。また、第１遮蔽体５と同様の理由で、第２遮蔽体６も熱伝導性に優れた材料であることが必要である。前述の金箔はこの条件を満たす代表的材料であるが、熱伝導性に優れた重元素材料であればこれらに限る必要は無い。
【００５５】
図１のＳＤＤの変形を図１０に示す。図１０のＳＤＤは、電極端子板２の枠を長くして開口部２ａに第１遮蔽体５をはめ込み、電極端子板２とペルチェ素子３が直に接する構造となっている。このようにすれば、第１遮蔽体５を配置してもＸ線検出素子１と電極端子板２の冷却効率の低下を避けることが出来る。
【００５６】
上記したように、図１に示すＳＤＤにおいて、第１遮蔽体５、又は第１遮蔽体５と第２遮蔽体６を電極端子板２の間に設けることにより、ＳＤＤに取り付けられているペルチェ素子から発生する二次Ｘ線に起因するバックグランドを軽減することができる。
【００５７】
なお、図１においては第１遮蔽体と第２遮蔽体の両方を設ける例を示しているが、第１遮蔽体のみを設けるようにしても良い。
【００５８】
（実施の形態２）
図２は、本発明を実施する他のもうひとつのシリコンドリフト型Ｘ線検出器（ＳＤＤ）の概略構成例を示す断面図である。前述したように、ペルチェ素子には直流の大電流が流れている。実施の形態２のＳＤＤは、ＴＥＭに装着する場合にも、ペルチェ素子に流れる電流によって発生する磁場が電子線に影響を与えないようにするためのものである。
【００５９】
図２において、１はＸ線検出素子、１ａはＸ線検出素子１の後面上に統合配置された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、２はＸ線検出素子１とＦＥＴ１ａに電気接続するための電気配線が施された電極端子板、３はペルチェ素子、４は後部熱伝導体、５は軽元素材料からなる第１遮蔽体、７は非磁性外套、８はＸ線入射窓である。電極端子板２は開口部２ａを持つ枠状であり、Ｘ線検出素子１の周辺部で接触し、保持するようになっている。
【００６０】
ペルチェ素子３から離れた位置にあるＸ線検出素子１を出来るだけ効率良く冷却するため、第１遮蔽体５とペルチェ素子３の間には熱伝導体９が設けられている。熱伝導体９には、出来るだけ熱伝導に優れた材料で、且つ二次Ｘ線の発生を少なくするためにペルチェ素子を構成する材料よりも原子番号が低い物質が望ましい。これらの条件を満たすものとして、例えば銅（Ｃｕ）等の金属を使用すれば良い。
【００６１】
熱伝導体９の長さは、ペルチェ素子３をＸ線検出素子１とどれだけ離せばよいかによって決まる。なぜならば、ペルチェ素子３が電子線に与える影響の大きさは、ＴＥＭの対物レンズ構造やＳＤＤのペルチェ素子の性能に応じて変わるためである。
【００６２】
熱伝導体９の前面には、熱伝導体９を円錐状に抉った有底の空洞からなるバックグランド軽減機構１０が形成されている。もしＸ線検出素子１を透過したＸ線が第１遮蔽体５を透過した場合、第１遮蔽体５の直後に熱伝導体９が存在すると、熱伝導体９から二次Ｘ線が発生し易くなる。しかし、図２に示すように熱伝導体９に空洞を設けた構造になっていれば、透過したＸ線は空洞内を進行した後にバックグランド軽減機構１０の壁面１０ａに斜めに入射し、そこで二次Ｘ線を発生させることになる。一般に、発生した二次Ｘ線の放射方向は概ね等方的であると考えられるため、二次Ｘ線の多くが熱伝導体の内部で吸収され、壁面１０ａで発生したＸ線がＸ線検出素子１の方向に向かう割合は少ない。
【００６３】
従って、熱伝導体９にバックグランド軽減機構１０を設ければ、第１遮蔽体５の直ぐ後に熱伝導体９が有る場合に比べて、後面からＸ線検出素子１に入射する二次Ｘ線のＸ線量を大幅に減少させることが出来る。図２においてバックグランド軽減機構１０の形状は円錐状になっているが、必ずしも円錐状に限られるわけではなく、例えば多角錐状や内壁が放物面状又は単一焦点を持たない曲面状であっても同様の効果を得ることが出来る。
【００６４】
図２のＳＤＤの変形を図１１に示す。図１１のＳＤＤは、電極端子板２の枠を長くしてその一部を切り欠き、開口部２ａに第１遮蔽体５をはめ込んで固定している。そのため、バックグランド軽減機構１０の空洞があっても、第１遮蔽体５を確実に支持できる構造となっている。また、電極端子板２とペルチェ素子３が直に接する構造となり、第１遮蔽体５を配置してもＸ線検出素子１と電極端子板２の冷却効率の低下を避けることが出来る。
【００６５】
なお、図２において、遮蔽体に関しては軽元素材料からなる第１遮蔽体のみを設けるようにしているが、第１遮蔽体と熱伝導体９との間に、例えば金箔等の熱伝導体９より重い元素からなる第３遮蔽体（図示せず）を設けるようにしても良い。この第３遮蔽体は、少なくとも熱伝導体９を構成する材料の平均原子番号よりも原子番号の大きな元素を主成分とする必要がある。
【００６６】
さらに、図２及び図１１において、壁面１０ａの表面に熱伝導体９よりも原子番号の小さな物質からなるＸ線減少層を設ければ、Ｘ線検出素子１を透過したＸ線が壁面１０ａの表面で二次Ｘ線を発生させる効率を小さくすることができる。このＸ線減少層としては、例えばカーボン塗料を用いることができる。
【００６７】
以上述べたように、本発明によれば、Ｘ線検出素子１とペルチェ素子３との間に軽元素を主成分とするＸ線遮蔽体と、重元素を主成分とするＸ線遮蔽体を備え、ＳＤＤの半導体素子を透過したＸ線が冷却用のペルチェ素子の構成元素を励起して二次的に発生するＸ線を抑制することによりバックグランドを低減することができる。
【００６８】
また、Ｘ線検出素子１とペルチェ素子３との間にバックグランド軽減機構を有する熱伝導体を設けたので、ペルチェ素子が発生させる磁界が電子線に影響を及ぼさないようにすることができる。
【００６９】
なお、上記した実施の形態１及び２において、Ｘ線検出素子１とペルチェ素子３との間に軽元素を主成分とするＸ線遮蔽体と、重元素を主成分とするＸ線遮蔽体を重ねて配置する構造を示したが、これに限る必要は無い。例えば、遮蔽体を三層以上の積層構造とし、Ｘ線検出素子１に近い層をより軽く、ペルチェ素子３に近い層をより重い元素成分で構成するようにしても良い。
【符号の説明】
【００７０】
（同一または類似の動作を行なうものには共通の符号を付す。）
１…Ｘ線検出素子
２…電極端子板
３…ペルチェ素子
４…後部熱伝導体
５…第１遮蔽体
６…第２遮蔽体
７…非磁性外套
８…Ｘ線入射窓
９…熱伝導体
１０…バックグランド軽減機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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