用于X射线天文学的具有钉扎耗尽二极管结构的SOI像素探测器的设计研究与光谱性能

我们一直在为X射线天文学开发具有钉扎耗尽二极管（PDD）结构的绝缘体上硅（SOI）像素探测器，命名为“XRPIX”。PDD结构形成在厚p型衬底中，对其施加高负电压以使其完全耗尽。在绝缘层背面引入钉扎p阱，以减少Si-SiO$_{2}$界面处的暗电流产生，并固定SOI晶体管的背栅电压。在p阱和衬底之间进一步引入n阱，以在它们之间形成势垒并抑制漏电流。需要对n阱掺杂浓度进行优化研究，因为较高的掺杂浓度可能导致较高的势垒，但也导致较大的感测节点电容，从而降低光谱性能，反之亦然。基于器件模拟，我们制造了五种具有不同n阱掺杂浓度的候选芯片。我们成功找到了最佳的n阱设计，该设计抑制了大漏电流，并表现出令人满意的X射线光谱性能。n阱掺杂浓度过低和过高的芯片分别表现出大漏电流和退化的X射线光谱性能。我们还发现，X射线光谱性能对n阱掺杂浓度的依赖性在很大程度上可以通过感测节点电容的差异来解释。