[發明專利]一種脈沖星X射線探測裝置

有效

• 申請號: 202010426647.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111473792B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王冠鷹;張立軍;宋文剛;賈銳;陶科;姜帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/02
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 李明里

1.一種脈沖星X射線探測裝置，其特征在于，包括用于探測脈沖星X射線的SDD單元；所述SDD單元包括SDD晶圓和前置放大器；

所述SDD晶圓，用于探測脈沖星X射線輸出探測電流；所述SDD晶圓的入射窗口電極采用結深淺的PN結；

所述前置放大器與所述SDD晶圓的陽極連接，用于對所述探測電流進行初步放大和積分，轉變為電壓脈沖信號；并對SDD晶圓的漏電流進行補償；

所述前置放大器包括電荷靈敏環電路和補償泄放電路；

所述電荷靈敏環電路與所述SDD晶圓的收集陽極連接，用于對SDD晶圓輸出的探測電流進行初步放大和積分，轉變為電壓脈沖信號；

所述補償泄放電路，連接在所述電荷靈敏環電路輸出端與輸入端之間；一方面用于監測所述電荷靈敏環電路的輸出電壓值，當電壓值超出所述電荷靈敏環電路的線性放大區時，對電荷靈敏環電路累積的電荷量進行泄放，降低輸出電壓值，使輸出電壓值回到線性放大區；另一方面用于提供補償電流，對電荷靈敏環電路輸入端的漏電流進行補償。

2.根據權利要求1所述的脈沖星X射線探測裝置，其特征在于，所述結深淺的PN結的結深不超過15nm，用于探測能量范圍500eV～10keV的脈沖星X射線。

3.根據權利要求1所述的脈沖星X射線探測裝置，其特征在于，所述SDD晶圓的入射窗口與外界環境之間包括雙面鍍鋁聚酰亞胺層，其中聚酰亞胺厚度為總層厚度的90％，雙面鍍鋁層的每一面的厚度為總層厚度的5％。

4.根據權利要求1所述的脈沖星X射線探測裝置，其特征在于，述電荷靈敏環電路，包括結型場效應晶體管J1、運算放大器U1、電阻R1、R2、R3和積分電容C_f；

所述結型場效應晶體管J1的柵極與探測器的輸出端連接，源極接地，漏極通過電阻R1與正電壓VCC連接，并與運算放大器U1的同相輸入端連接；電阻R2、R3串聯在正電壓VCC與地之間，電阻R2、R3之間的連接端與運算放大器U1的反相輸入端連接，運算放大器U1輸出端與結型場效應晶體管J1的柵極之間連接積分電容C_f。

5.根據權利要求4所述的脈沖星X射線探測裝置，其特征在于，

所述補償泄放電路包括遲滯電壓比較器、補償泄放轉換開關和MOS開關管；

所述遲滯電壓比較器的輸入端連接積分電容C_f的積分正電壓端；用于監測積分電容C_f的輸出電壓值，在積分電容C_f充電過程中，所述輸出電壓值超過第二電壓閾值V_th2時，輸出高電平；在在積分電容C_f放電過程中，所述輸出電壓值低于第一電壓閾值V_th1時，輸出低電平；

所述補償泄放轉換開關為單刀雙擲開關，其固定端連接MOS開關管的源極，第一活動端連接積分電容C_f的積分正電壓端，第二活動端連接補償電壓V1；控制端連接所述遲滯電壓比較器的輸出端；當所述遲滯電壓比較器輸出高電平時，所述固定端與第一活動端連接；當所述遲滯電壓比較器輸出低電平時，所述固定端與第二活動端連接；

所述MOS開關管的漏極連接積分電容C_f的積分負電壓端和所述結型場效應晶體管J1的柵極；所述MOS開關管的柵極連接述遲滯電壓比較器的輸出端；當所述遲滯電壓比較器輸出高電平時，所述MOS開關管導通，當所述遲滯電壓比較器輸出低電平時，所述MOS開關管斷開。

6.根據權利要求5所述的脈沖星X射線探測裝置，其特征在于，所述遲滯電壓比較器包括比較器U2，電阻R4、R5、R6，參考電壓V2；所述電阻R4連接在積分電容C_f的積分正電壓端與比較器U2的同相輸入端，所述電阻R5、R6串聯在比較器U2的輸出端與地之間，所述電阻R5、R6的連接端與比較器U2的同相輸入端連接；所述比較器U2的反相輸入端與參考電壓V2連接。

7.根據權利要求6所述的脈沖星X射線探測裝置，其特征在于，所述第二電壓閾值所述第一電壓閾值式中，||表示電阻的并聯關系。