FOXSI太空探测器宽带CdTe-DSD器器件的第一性原理响应模拟

我们开发了用于FOXSI-4/FOXSI-5第四和第五次太空探测器的宽带CdTe双面条状探测器（CdTe-DSD）。该探测器具有30微米条宽和可变的间隙宽度（30-70微米），通过在相邻条状电极之间诱导电荷共享并利用此共享能量信息进行位置重建，实现小于条状间距的定位分辨率。然而，这种宽间隙配置引入了复杂的探测器响应，如间隙区域的电荷损失和靠近电极的电场失真，要求为解释FOXSI-4/FOXSI-5的观测结果以及进一步优化未来探测器设计采用更高级的建模方法。为此，我们构建了一个基于Geant4蒙特卡罗模拟能量沉积、使用COMSOL Multiphysics进行电场和加权场有限元计算、包含捕获与扩散的电荷传输建模，以及根据Shockley-Ramo定理计算电极感生电荷的第一性原理模拟框架。通过引入表面导电层导致电场失真，模型成功再现了阳极侧实验观察到的电荷损失。此外，模型再现了阳极和阴极侧的不同电荷共享行为。这些结果验证了该模型在表征宽带CdTe-DSD方面的有效性。