低温质子辐照实验中使用 DEPFET 用于 Athena 宽场成像仪

宽场成像仪（WFI）是 ESA 下一大型 X 射线任务 Athena 上的两款仪器之一，旨在实现 0.2 至 15 keV 范围内的 X 射线图像红外 spectroscopy，具备大视场和高计数率能力。该感测器件组建于背照式 DEPFET（Depleted p-channel field effect transistor）传感器，这类器件具有高辐射容忍性，能提供接近 Fano 极限的能量分辨率。为实现此目标，需实现极低噪声的读出，预计开机初期的噪声水平约为 3 个电子 ENC。这使得该器件对任何导致读出噪声恶化的辐射都极其敏感。主要的退化机制将是由于高能质子引起的位移损伤导致暗电流增加。为研究预期的性能退化，本文对原型探测器模块进行了辐照测试，该模块具有完全代表性的像素布局和制造工艺。使用来自 Wiener Neustadt 中 MedAustron 加速器 facility 的 62.4 MeV 质子进行辐照，施加总剂量相当于 $3.3 \times 10^{9}$ 10-MeV 质子/$\mathrm{cm^{2}}$，以两个步骤完成。在辐照期间、辐照之间及辐照后，探测器始终保持在 213 K 的工作温度下，同时完成全偏置并正常运行。期间记录数据以分析所有入射粒子的信号。我们报告辐照后暗电流的增加情况，并呈现在 213 K 下与当前相关的损伤率。此外，讨论了在 213 K、236 K、253 K、273 K 和 289 K 进行低温退火的效果。