为 X 射线天文开发的 SOI 像素传感器性能

我们一直基于绝缘体上硅技术研制用于 X 射线的单片有源像素传感器。我们的器件由用于读出 CMOS 电子学电路的低阻 Si 层、高阻 Si 传感器层以及它们之间的 SiO$_2$ 层构成。该结构在单片器件中同时实现了高速读出电路和厚（约 $100~\mu{\rm m}$）耗尽层。每个像素电路包含触发输出功能，借此我们可实现 $\lesssim 10~\mu{\rm s}$ 的时间分辨率。我们的关键研制项目之一是能量分辨率的提升。我们近期制备了名为 XRPIX6E 的器件，其中引入了钉扎耗尽二极管(PDD)结构。该结构降低了传感器层中感测区域与像素电路间的电容耦合，而后者会劣化能谱性能。利用 XRPIX6E，我们对 6.4 keV X 射线实现了约 150 eV 半高全宽的能量分辨率。除良好的能量分辨率外，实际应用还需较大的成像面积。我们研制并测试了 XRPIX5b，其成像面积为 $21.9~{\rm mm} \times 13.8~{\rm mm}$，是我们制备过的最大器件。我们成功从几乎全部 $608 \times 384$ 像素获得了高均匀性的 X 射线数据。