В. В. ЛЕВИН, В. В. АКИМОВ, М. Н. ПАВЛИНСКИЙ, М. В. ШМЕЛЕВА, О. А. СМИРНОВ
Институт космических исследований Российской академии наук, Москва
ГИБРИДНАЯ ИС ДЕТЕКТОРА РЕНТГЕНОВСКОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ CdZnTe
В работе представлена конструкция и результаты испытаний ГИС координатно-чувствительного детектора рентгеновского излучения с возможностью спектрометрии на основе чувствительных элементов (ЧЭ) из полупроводниковых кристаллов CdZnTe. Данная ГИС предназначена для построения приемников излучения большой площади в рентгеновских телескопах с кодированной апертурой
Для построения координатно-чувствительных детекторов (спектрометров) рентгеновского излучения с количеством элементов изображения до 16 - 32 тыс. в настоящее время широко используются полупроводниковые соединения CdTe и CdZnTe. При этом в качестве “элементарной ячейки” при создании таких детекторов используются гибридные ИС с количеством чувствительных элементов (ЧЭ) от 16 [1] до 128 [2]. Данный подход позволяет достаточно гибко изменять размеры детекторов, адаптируя их к различным задачам.
Разработанная ГИС предназначена для построения 4096 элементного детектора рентгеновского излучения в телескопе ART-HX космического аппарата "SPECTRUM-RG/eROSITA/LOBSTER". Весь детектор будет состоять из 128 ГИС, смонтированных на единой термостабилизированной плите.
ГИС (см. рис.) изготовлена по толстопленочной технологии с 3 сигнальными, 3 изолирующими, 2 экранирующими слоями с использованием сквозных металлизированных переходных отверстий в керамической подложке. На верхней стороне керамической подложки расположены 32 CdZnTe ЧЭ. С нижней стороны подложки установлена ИС 32-х канального зарядо-чувствительного усилителя VA32TA (IDEAS, Норвегия). Каждый канал VA32TA принимает сигнал с одного CdZnTe ЧЭ. В состав канала входят: зарядо-чувствительный усилитель, быстрый и медленный усилители-формирователи, устройство выборки и хранения и дискриминатор. После регистрации рентгеновского фотона амплитуда напряжения, пропорциональная энергии фотона, запоминается в устройстве выборки и хранения одновременно в 32-х каналах. Считывание (опрос) зарегистрированных сигналов производится по выработанному дискриминатором триггерному сигналу последовательно по всем 32-м каналам, при этом “мертвое время” после регистрации фотона не превышает 20 мкс.
Основные технические характеристики ГИС:
- кол-во чувствительных элементов | 32; |
- размеры чувствительных элементов | 4,0 ´ 4,0 ´ 2,0 мм; |
- диапазон регистрируемых энергий рентгеновского излучения | (10 – 150) кэВ; |
- энергетическое разрешение (FWHM) (планируется достигнуть) | 1,5 кэВ на 10 кэВ; 3,0 кэВ на 60 кэВ; 6,0 кэВ на 150 кэВ; |
- размер детектирующей поверхности ГИС | 36,8 мм ´ 16,4 мм; |
- рабочий температурный диапазон | (-30 ±5) °С; |
- потребляемая мощность | 200 мВт. |
|
В ГИС использованы CdZnTe чувствительные элементы производства Результаты исследования характеристик ГИС с использованием источника 241Am показывают, что энергетическое разрешение для различных каналов составляет от 2,4 до 4,1 кэВ (FWHM) на энергии 13,9 кэВ. Собственное энергетическое разрешение CdZnTe ЧЭ составляет около 0,8 кэВ. Дальнейшее направление работ связано с оптимизацией режимов работы ИС VA32TA для улучшения энергетического разрешения.
Список литературы
1. Limousin O., Arques M., et al. Polycell: the elementary detection unit of the ISGRI CdTe g-ray camera // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. A 4P. 551-557.
2. Sato G., Takahashi T., et al. Properties of CdZnTe detectors in the burst alert telescope (BAT) array // SPIE, 5198, 2003. P. 209-216.
