硅漂移探测器时间分辨优化仿真研究
2021-04-20徐玉朋蔡严克祝宇轩赵晓帆
虞 年 徐玉朋 蔡严克 祝宇轩 赵晓帆 陈 灿
1（中国科学院高能物理研究所 北京 100049）
2（中国科学院大学 北京 100049）
3（吉林大学物理学院 长春 130012）
硅漂移探测器近年来在空间探测中得到广泛应用，例如风云二号F 星［1］、火星科学实验室［2］（Mars Science Lab，MSL）和中子星内部组分探索者［3］（Neutron Star Interior Composition Explorer，NICER）都搭载了SDD。早期SDD 主要用于探测入射粒子的位置信息［4］，之后又因其突出的能谱性能而被广泛用于X射线荧光分析领域［5］。典型SDD的结构如图1所示，整体采用圆柱形结构，上表面分布着一系列p+型同心环状电极，在第一环和最后一环电极上加偏置电压，通过片上集成的分压电路在这些同心环上形成梯度电压，使得探测器内部产生漂移电场。上表面中心是读出阳极，点状阳极使得探测器电容很小并且独立于探测器灵敏区面积，因此适用于高计数率、高能量分辨的能谱测量场合［6］。
入射粒子与SDD 灵敏区发生相互作用之后产生电荷包，在漂移电场的作用下，电荷包向阳极漂移并被收集形成输出信号。由于环状电极的屏蔽作用，电荷包在漂移过程中不会在阳极上感应出电荷直至越过第一环电极，因此电荷包从产生位置到阳极附近存在一段漂移时间，漂移时间会随着入射位置变化而改变，一般在μs·cm−1量级［7］，通常不能直接测量，其不确定性是影响SDD系统时间分辨的主要因素，并且随着探测器面积增大时间分辨会显著恶化。
图1 典型硅漂移探测器结构[6]Fig.1 Schematic diagram of a typical silicon drift detector[6]
1 时间分辨优化方法
电荷包在向阳极漂移过程中会发生热扩散［8］。……
