[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

本發明涉及一種脈沖星X射線探測裝置，屬于輻射探測儀器儀表系統領域，解決脈沖星X射線探測的問題；裝置包括用于探測脈沖星X射線的SDD單元；SDD單元包括SDD晶圓和前置放大器；SDD晶圓用于探測脈沖星X射線輸出探測電流；SDD晶圓的入射窗口電極采用結深淺的PN結；前置放大器與SDD晶圓的陽極連接，用于對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；本發明的探測裝置還可基于單個SDD進行拼裝組成陣列結構的大探測面積探測器。因此，本發明的脈沖星X射線探測裝置，具有高能量分辨率和高時間分辨率的典型特征，探測效率高，性能穩定，系統可靠，能夠適用于航天應用環境。

技術領域

本發明涉及輻射探測儀器儀表系統領域，尤其是一種脈沖星X射線探測裝置。

背景技術

X射線脈沖星是大質量恒星演化、坍縮、超新星爆發的遺跡，具有極其穩定的自轉周期，被譽為自然界最精準的天文時鐘(＜10^-19s/s)，它可以作為“宇宙燈塔”，為近地空間、深空探測和星際飛行航天器提供位置、速度、時間和姿態等豐富的高精度導航信息。脈沖星導航就是以脈沖星輻射的X射線作為天然信標，利用安裝在航天器上的X射線探測器，探測X射線光子、測量脈沖到達時間(Time Of Arrival，TOA)，經過相應的信號和數據處理，為航天器自主高精度確定軌道、時間和姿態等導航參數的過程。

X射線探測系統是脈沖星導航系統的核心，X射線探測系統由X射線探測器、專用集成電路讀出系統、數字化模塊、可編程門陣列數字處理單元組成，其中X射線探測器是探測系統的最為重要部分。由于脈沖星流量低，為了獲得信噪比較高的X射線脈沖星觀測脈沖輪廓來計算出具有高精度的脈沖到達時間就需要較高的探測精度和很長的探測時間，

目前的X射線探測器無論在探測精度和探測面積上，均無法達到要求。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種脈沖星X射線探測裝置，解決脈沖星X射線探測的問題。

本發明公開了一種脈沖星X射線探測裝置，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。

進一步地，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。

進一步地，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％。

進一步地，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。

進一步地，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；