X射线辐射损伤对未来天文卫星“FORCE”用双SOI像素探测器的影响
天体物理仪器与方法
2023-07-11 v1 高能天体物理现象
仪器与探测器
摘要
我们一直在开发未来X射线天文卫星“FORCE”搭载的单片有源像素探测器“XRPIX”。XRPIX利用绝缘体上硅(SOI)技术由CMOS像素电路、SiO2绝缘层和Si传感器构成。当半导体探测器在轨运行时,会受到来自天体的X射线以及宇宙射线造成的辐射损伤。根据先前研究,已知 trapped于SiO2绝缘层中的正电荷会导致探测器性能退化。为提高抗辐射能力,我们开发了配备双SOI (D-SOI)结构的XRPIX,在SiO2绝缘层中引入额外的硅层。该结构旨在补偿trapped正电荷的影响。尽管D-SOI探测器对宇宙射线的抗辐射能力已得到评估,但X射线辐照造成的辐射效应尚未评估。于是,我们使用X射线发生器进行了X射线辐照实验,在SiO2绝缘层处总剂量达10 krad,相当于在轨7年。实验结果表明,对5.9 keV X射线的半高全宽能量分辨率退化了17.82.8%,暗电流增加了8913%。我们还利用TCAD仿真研究了X射线辐照导致暗电流增加的物理机制。发现暗电流的增加可由Si/SiO2界面处界面态密度的增加来解释。
引用
@article{arxiv.2205.13244,
title = {X-ray Radiation Damage Effects on Double-SOI Pixel Detectors for the Future Astronomical Satellite "FORCE"},
author = {Masatoshi Kitajima and Kouichi Hagino and Takayoshi Kohmura and Mitsuki Hayashida and Kenji Oono and Kousuke Negishi and Keigo Yarita and Toshiki Doi and Shun Tsunomachi and Takeshi G. Tsuru and Hiroyuki Uchida and Kazuho Kayama and Ryota Kodama and Takaaki Tanaka and Koji Mori and Ayaki Takeda and Yusuke Nishioka and Masataka Yukumoto and Kira Mieda and Syuto Yonemura and Tatsunori Ishida and Yasuo Arai and Ikuo Kurachi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.13244},
year = {2023}
}
备注
15 pages, 12 figures, accepted for publication in Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems