雅典娜宽视场成像仪 DEPFET 传感器的总电离剂量测试

雅典娜宽视场成像仪（WFI）的焦平面由光谱型单光子 X 射线探测器组成，这些探测器包含 DEPFET（耗尽型 P 沟道场效应晶体管）阵列以及用于操控、读出和模拟信号整形的 ASIC。这些组件必须针对电离辐射的影响进行检验。我们使用带有 64x64 DEPFET 及各自一个 SWITCHER 和 VERITAS ASIC 的原型探测器模块进行了总电离剂量（TID）测试。WFI 探测器头的当前设计采用相当于 4 cm 铝的质子屏蔽层，以防止完全耗尽、厚 450 $\mu$m 的传感器体漏电流急剧增加。这使得标称任务期间预期的剂量和剂量率保持相对较低（$\sim$5 Gy）。然而，为了在专门的 TID 测试中排除不可预见的影响，并研究可能对高灵敏度读出链和探测器性能产生影响的任何辐射相关变化，研究当前系统仍然十分重要。与标准抗辐射电子组件的 TID 测试相比，低剂量、低剂量率、低工作温度（<-60{\deg}C）但对阈值电压微小变化高灵敏度的组合构成了某种不寻常的边界条件。在这种情况下，我们发现利用 X 射线源在自己的实验室中进行测试是有益的，以便实现标称工作条件下的辐照。此外，它也有助于考虑退火效应。通过用被测器件测量 X 射线能谱和强度，可实现合理准确的剂量测定。在辐照至总剂量 14 Gy 并随后退火后，DEPFET 的阈值电压平均偏移了 80 mV，除读出噪声轻微增加 10% 外，性能保持不变。