Imaging and spectral performance of CdTe double-sided strip detectors for the Hard X-ray Imager onboard ASTRO-H
评估了用于ASTRO-H飞行任务的碲化镉双面条带探测器（CdTe-DSD）的成像和光谱性能。探测器在$\times$ C和250 V偏压下成功工作。通过使用两条事件以及一条事件进行事件重建，在59.5 keV处获得了2.0 keV的良好能量分辨率和子带空间分辨率。由于CdTe本身的性质和小像素效应，使得CdTe-DSD的硬X射线和γ射线响应复杂。因此，要研究的问题之一是CdTe-DSD的响应。为了研究探测器响应的空间依赖性，我们在同步辐射装置SPring-8上进行了精细光束扫描实验。通过这些实验，确定了探测器中电场的深度结构以及载流子的性质，并用模拟谱成功地再现了实验数据。
2018-05-20 astro-ph.IM physics.ins-det
A compact imaging system with a CdTe double-sided strip detector for non-destructive analysis using negative muonic X-rays
CdTe双面条探测器（CdTe-DSD）是10 keV以上硬X射线成像和光谱测量的理想器件。最近的发展使我们能够实现一个成像仪的检测面积约10厘米${^2}$。探测器的能量分辨率为1- 2keV（FWHM），位置分辨率为几百μm。这种类型的成像仪一直期待着非破坏性元素分析，特别是通过使用负μ子，因为μ子原子的特征X射线的能量比正常原子的能量高约200倍。利用负μ子的方法，硬X射线信息给出了由μ子束的初始动量定义的一定深度处样品中元素的空间分布。为了研究该方法的三维成像能力，我们已经开发了一个紧凑的成像系统的基础上的CdTe-DSD和一个103 mm针孔准直器作为第一个原型。我们在MUSE/J-PARC中进行了由负μ子束照射的Al，BN和LiF层组成的样品的实验，并成功地重建了不同深度的B，N和F的μ子X射线的硬X射线图像。
2017-11-16 physics.atom-ph physics.ins-det
Characterization of charge collection in CdTe and CZT using the transient current technique
利用瞬态电流技术（TCT）研究了不同粒子传感器材料的电荷收集特性，包括产生信号的形状、探测器内的电场、载流子迁移率和载流子寿命。使用众所周知的属性作为参考，重点放在碲化镉（CdTe）和碲锌镉（CZT），这是目前被认为是有前途的候选人的有效检测X射线。所有的测量都是基于瞬态电流技术（TCT）的设置，它允许记录由241 Am α源产生的电流脉冲。这些信号将根据探测器材料内部空间电荷的积累和随后的电场变形来解释。此外，不同的电极材料（即欧姆或肖特基接触）对电流脉冲形状的影响将在CdTe的情况下处理。最后，极化的影响，即由于传感器内的固定电荷的积累的检测器信号的时间依赖性退化，提出。
2005-11-22 physics.ins-det physics.med-ph
2-mm-Thick Large-Area CdTe Double-sided Strip Detectors for High-Resolution Spectroscopic Imaging of X-ray and Gamma-ray with Depth-Of-Interaction Sensing
本研究研发了2毫米厚大面积CdTe双面条形探测器，通过500V高压与-20℃运行抑制极化，结合理论模型实现100微米精度的相互作用深度重建，兼具高能量与3D空间分辨率，可用于多领域硬X射线与软γ射线能谱成像。
2023-12-18 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Demonstration of nuclear gamma-ray polarimetry based on a multi-layer CdTe Compton Camera
本文利用多层CdTe康普顿相机和847-keV极化伽马射线进行实验，验证了其作为高偏振灵敏度和合理探测效率的可靠伽马射线偏振计的能力。
2024-02-15 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
CdTe Spectroscopic-Imager Measurements with Bent Crystals for Broad Band Laue Lenses
在天体物理学中，硬X软伽马射线范围（100 keV以上）的几个关键问题需要灵敏度和角分辨率，这是目前技术难以实现的。因此，一种能够聚焦硬X射线和伽马射线的新型仪器是必不可少的。宽带劳厄透镜似乎是满足这些要求的唯一解决方案，它显著提高了X射线和伽马射线望远镜的灵敏度和角分辨率。这种类型的高能光学器件将需要在检测效率、空间分辨率和光谱学方面具有高性能的焦平面检测器。本文介绍了在项目“劳厄透镜技术准备增加（TRILL）”框架中使用Caliste-HD探测器模块所获得的结果。该探测器是在CEA（Commissiona Energie Atomique，Saclay，France）开发的像素光谱仪。它用于在LARIX设施（意大利费拉拉大学）的硬X射线束下获取劳厄透镜弯曲晶体产生的焦斑的光谱图像。
2023-01-25 astro-ph.IM physics.ins-det
GEANT4 simulation and spectrum restoration of a pixelated X-ray detector
本研究通过GEANT4模拟结合自定义电子响应代码构建像素化CdTe探测器模型，无需专用硬件电荷共享校正即可大幅复原测得的钨X射线入射能谱。
2023-03-13 physics.ins-det
Background Rates in Several Hard X-Ray Photon Counting Pixel Array Detectors
研究了几种像素阵列探测器的背景速率，目的是在非常低的速率实验中（例如，信号速率<0.1/s/cm ^2）将它们用于>6 keV的硬X射线。在SPring-8的实验地面上，使用未屏蔽的0.75 mm厚CdTe传感器的探测器测得的本底事件率从6 keV低能级跃迁（LLD）阈值的0.4/s/cm ^2变化到75 keV LLD阈值的0.2/s/cm ^2。具有1 mm厚硅传感器的探测器的背景较小，对于3 keV阈值为约0.08/s/cm^2，在17 keV阈值下降至约0.07/s/cm^2。这些速率主要由陆地来源决定，例如混凝土中微量杂质发射的伽马射线，直接探测宇宙射线μ子（CRM）的贡献很小，<0.01/s/cm 2。15 mm的Pb屏蔽层将CdTe中的测量速率降低至< 0.05/s/cm 2，并且将1 mm硅中的测量速率降低至<0.02/s/cm^2。额外的处理，“时间切片”，如可以在低速率实验中使用的，其中背景可能是最有问题的，被示出为进一步降低背景速率，对于硅传感器降低到< 0.004/s/cm ^2，对于CdTe降低到0.002和0.02/s/cm ^2之间，其中CdTe的精确值敏感地取决于检测器阈值，以及重新触发的使用和/或双触发阈值的使用。本底率作为阈值，屏蔽和处理的函数。我们还讨论的幅度，和校正，检测器的动态范围的限制，可以引入的时间切片。最后，我们提出了一个使用时间切片…
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Second generation of portable gamma camera based on Caliste CdTe hybrid technology
在国家资助的核安全计划框架内，制造并测试了便携式伽马相机的第一个原型。它集成了为空间X射线天文学设计的Caliste-HD CdTe混合探测器，再加上新的基于片上系统的采集系统（FPGA和ARM微处理器）和室温下使用的热电冷却器。相机的完整伽马部分适合15 x 15 x 40 cm^3的体积，质量低于1 kg，功耗低于10 W。在几次测试活动中，展示了在受污染现场确定放射性核素的位置和光谱识别。新一代的系统正在开发中，考虑到现场测量的反馈经验，并集成了新一代的传感器，通过工业应用进行了成本优化，称为Caliste-O。Caliste-O拥有一个16 x 16像素的探测器，尺寸为14 x 14 mm^2，厚度为2 mm，带有8个全定制前端IDEF-X HD ASIC。制造并测试了两个原型。本文将介绍第一台伽马相机的现场测量结果，Caliste-O的光谱性能以及旨在实时成像和光谱识别的第二代伽马相机的设计。
2020-01-28 physics.ins-det physics.med-ph
Imaging and Spectral Performance of a Wide-gap CdTe Double-Sided Strip Detector
面向 FOXSI-4 太阳耀斑成像光谱需求，本文提出宽间隙 CdTe-DSD 及利用双面相邻条带电荷共享的能量与子条带位置重建方法，实现 14 keV 下 0.75 keV FWHM 和最高 20 μm 定位精度。
2025-02-21 astro-ph.IM astro-ph.SR hep-ex
Characterisation of a Thin Fully-Depleted SOI Pixel Sensor with Soft X-ray Radiation
本文介绍了一种背照式像素传感器的特性的结果，在绝缘体上硅技术制造的高电阻率基板与软X射线。传感器被减薄，并且在背板上植入薄的磷光体层接触。在LBNL Advanced Light Source上使用荧光辐射评估对2.12至8.6 keV X射线的响应。
2011-11-09 physics.ins-det
Design and First Tests of a Radiation-Hard Pixel Sensor for the European X-Ray Free-Electron Laser
目前正在汉堡建造的欧洲X射线自由电子激光的高强度和高重复率要求硅传感器能够在高偏置电压下工作3年，承受高达1 GGy的X射线剂量。在AGIPD协作组内，研究了由四家厂商在两种晶向和不同工艺参数的高欧姆n型硅上制造的MOS电容器和栅控二极管中的X射线辐射损伤，剂量在1 kGy和1 GGy之间。提取的氧化层电荷密度和表面电流密度值已用于TCAD模拟，并优化了AGIPD像素传感器的布局和工艺参数。结果表明，高剂量X射线辐照下的优化布局与未辐照传感器的优化布局有很大不同。第一批传感器和测试结构已于2013年初交付。测量结果为0至10 MGy的X射线剂量和它们的模拟比较。它们表明优化是成功的，传感器符合要求的规格。
2014-02-13 physics.ins-det
SOI Pixel Sensor for Gamma-Ray Imaging
SOI（Silicon-On-Insulator）像素传感器是一种将小像素和电路集成在一起的高位置分辨率探测器技术。事件驱动（触发模式）SOI基像素传感器也已开发的应用，X射线天文学的目的是减少噪声使用反符合事件。这种触发模式SOI像素传感器工作在千赫的速率，也是一个有前途的散射探测器，先进的康普顿成像跟踪康普顿反冲电子。
2015-07-24 physics.ins-det
Study of X-ray radiation damage in the AGIPD sensor for the European XFEL
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）目前正在汉堡建造，计划于2017年投入使用，每秒将提供27，000个完全相干的高亮度X射线脉冲，持续时间小于100 fs。X射线束的独特特征对欧洲XFEL用于成像实验的探测器提出了重大挑战，特别是硅传感器在500 V以上的工作电压下工作3年，剂量高达1 GGy的辐射耐受性。欧洲XFEL正在开发的探测器之一是自适应增益积分像素探测器（AGIPD），这是一种混合检测器系统，其中ASIC凸块键合到p+n硅像素传感器。我们为AGIPD设计了硅传感器，该传感器已由SINTEF制造并于2013年2月初交付。为了证明AGIPD传感器在辐射硬度方面的性能，具有与AGIPD相同的像素和保护环设计的微型传感器连同测试结构一起在PETRA III的束线P11处用8 keV和12 keV单能X射线辐照，剂量值高达10 MGy。AGIPD传感器的辐射硬度已得到证实，所有电气性能在辐射前后均符合规范。此外，氧化物的电荷密度和表面电流密度从测试结构已被表征为X射线剂量的函数，并与以前的测量由四个供应商生产的测试结构。
2013-12-13 physics.ins-det
Development of LGAD sensors with a thin entrance window for soft X-ray detection
我们显示的发展进行了改进的硅传感器技术的检测软X射线与混合X射线探测器。为了提高量子效率，需要优化入射窗技术。LGAD技术可用于放大X射线产生的信号并提高信噪比，从而使软X射线能量范围内的单光子分辨率成为可能。在本文中，我们报告的第一个结果从LGAD传感器生产与优化薄入射窗口。测量结果表明，该系统能探测低至452 eV的软X射线，其信噪比优于20。
2022-10-24 physics.ins-det
Study of X-ray Radiation Damage in Silicon Sensors
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）每秒将提供30，000个完全相干的高亮度X射线脉冲，每个脉冲的持续时间低于100 fs。这将允许记录单个复杂分子的衍射图案和研究超快过程。硅像素传感器将用于记录衍射图像。在3年的操作中，传感器将暴露于高达1 GGy的12 keV X射线剂量。在该X射线能量下，预期硅中没有体损伤。然而，在覆盖硅的绝缘层中的固定氧化物电荷和在Si-SiO2界面处的界面陷阱将通过照射引入并随着时间积累。我们已经调查了测试结构中的微观缺陷和作为X射线剂量的函数的分段探测器的宏观电学性质。从测试结构，我们确定的氧化物电荷密度和界面陷阱的密度作为剂量的函数。我们发现，这两个饱和（甚至减少）的剂量之间的10和100毫戈瑞。对于分段传感器，由X射线引入的缺陷增加了全耗尽电压、表面漏电流和像素间电容。我们观察到在Si-SiO2界面处形成了电子积累层。其宽度随剂量增加而增加，随偏置电压减小而减小。使用TCAD模拟与剂量相关的参数从测试结构，我们能够重现所观察到的结果。这使我们能够针对XFEL要求优化传感器设计。
2011-11-04 physics.ins-det
Characterization of Chromium Compensated GaAs as an x-ray Sensor Material for Charge-Integrating Pixel Array Detectors
我们研究了铬补偿GaAs耦合到电荷积分ASIC时的性能作为探测器温度、外加偏压和X射线管能量的函数。该材料是光敏电阻器，并且可以被偏置以通过像素电路收集电子或空穴。两者都在这里研究。先前的研究已经显示出大量的空穴捕获。这种陷波和其它传感器特性引起几种非理想效应，包括扩展的点扩散函数、有效像素尺寸的变化和速率相关偏移移位。这些效应的大小随温度和偏置而变化，要求传感器具有良好的温度均匀性和非常好的温度稳定性，以及精心选择的偏置电压。
2017-11-21 physics.ins-det
Development of Transition-Edge Sensor X-ray Microcalorimeter Linear Array for Compton Scattering and Energy Dispersive Diffraction Imaging
我们提出了一个带过渡边缘传感器微量热线性阵列探测器开发的能量色散X射线衍射成像和康普顿散射的应用。原型探测器是一个阵列的20个过渡边缘传感器与吸收器在带状几何形状安排在一个线性阵列。我们讨论了开发这种阵列所需的制造步骤，包括Mo/Cu双层，Au电镀和SiNx膜的长条的原理证明制造。我们证明了带的几何形状对X射线脉冲响应的最小不必要的影响，并显示1/脉冲高度和脉冲衰减时间与吸收体长度的线性关系。对于研究的吸收体长度，初步测量显示能量分辨率为40 eV至180 eV附近的17千电子伏。此外，我们表明，到冷浴的热流几乎是独立的吸收器面积，并取决于SiNx膜的几何形状。
2019-11-28 physics.ins-det
Blood-coated sensor for high-throughput ptychographic cytometry on a Blu-ray disc
蓝光驱动器是一个工程杰作，集成了光盘旋转，光头平移，并在一个紧凑和便携式格式的三个激光。在这里，我们将血液涂层图像传感器与改进的蓝光驱动器集成在一起，用于对各种生物标本进行高通量细胞计数分析。在该设备中，样品被安装在旋转的蓝光光盘上，并由来自拾取头的内置激光器照射。然后，由血液涂覆的图像传感器记录所产生的相干衍射图案。血细胞单层的丰富空间特征有助于下调传感器检测的对象信息，从而形成具有理论上无限视野的高分辨率计算生物透镜。利用所获得的数据，我们开发了一种无透镜相干衍射成像模式，称为旋转重叠关联图像重建。我们表明，我们的设备可以解决435 nm线宽的分辨率目标，并有一个视场仅受蓝光光盘的大小。为了证明其应用，我们通过在整个显微镜载玻片上定位与疾病相关的草酸钙晶体来进行高通量尿液分析。我们还以每秒约10，000个细胞的采集速度量化血液涂片上的不同类型细胞。对于体外实验，我们以单细胞分辨率监测整个培养皿上的活细菌培养物。使用生物细胞作为计算透镜可以使新的有趣的成像设备用于即时诊断。用血液涂层传感器修改蓝光驱动器进一步允许高通量光学显微镜从装备精良的实验室传播到世界各地的公民科学家。
2022-10-27 physics.ins-det
Optimization of the Radiation Hardness of Silicon Pixel Sensors for High X-ray Doses using TCAD Simulations
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）每秒将提供27000个完全相干的高亮度X射线脉冲，每个脉冲的持续时间低于100 fs。这将允许记录单个分子的衍射图案和研究超快过程。正在为XFEL开发的探测器系统之一是自适应增益积分像素探测器（AGIPD），它由一个像素阵列组成，该像素阵列的读出ASIC凸点键合到一个像素为200 μm \times 200 μm的硅传感器上。对探测器的特殊要求是高动态范围（0，1至10 E5 12 keV光子/XFEL脉冲），快速读出和辐射耐受性高达1 GGy的12 keV X射线剂量为3年的操作。在该X射线能量下，预期硅中没有体损伤。然而，SiO2层中的固定氧化物电荷和Si-SiO2界面处的界面陷阱将积累。研究了12 keV X射线剂量对测试结构中微观缺陷的影响和分段式传感器的宏观电学性能的影响。从测试结构的氧化物电荷密度，界面陷阱的密度和它们的属性作为剂量的函数已被确定。据发现，这两个饱和（甚至减少）的剂量以上几个MGy。对于分段传感器，由X射线引入的表面损伤增加了完全耗尽电压、表面漏电流和像素间电容。此外，在Si-SiO2界面处形成电子积累层，该层随剂量增加而增加，随外加电压减小而减小。使用TCAD模拟与剂量相关的损伤参数从测试结构，测量的结果可以重现。这允许针对XFEL要求优化传感器设计。
2011-11-21 physics.ins-det
Modelling a Transition-Edge Sensor X-ray Microcalorimeter Linear Array for Compton Profile Measurements and Energy Dispersive Diffraction
过渡边缘传感器是一种超导探测器，其基于在超导到正常过渡中的尖锐电阻温度特征提供高能量分辨率。TES X射线微量热计通常被设计并用于光谱应用。在这项工作中，我们提出了一个设计优化的TES X射线微热阵列的高能量散射和衍射测量。特别地，康普顿散射提供关于电子动量分布的信息，而能量色散衍射提供关于致密工程材料的结构信息。康普顿散射和能量色散衍射实验必须在非常硬的X射线状态（~ 100 keV）下进行，这要求探测器中具有高的X射线阻止功率;因此，需要与TES结合的具有大热容量的吸收体。此外，这两种应用都将受益于由平行条带组成的阵列。我们提出了一种设计的TES X射线微量热仪优化这样的应用。特别是，我们的模型的纵向位置依赖性，由于有限的热扩散时间在吸收体。
2019-03-22 physics.ins-det
Absolute Energy Measurements with Superconducting Transition-Edge Sensors for Muonic X-ray Spectroscopy at 44 keV
超导过渡边传感器（TES）具有能量分辨率高、收集效率高、可复用成大阵列等优点，在X射线测量中具有重要的应用价值。在这项工作中，我们开发了硬X射线TES测量μ子氩（$μ$ -Ar）跃迁线的绝对能量约44 keV和20 keV。制造了具有不同热容的边车吸收器的TES，并对其能量分辨率和校准不确定度进行了表征。我们在44 keV下实现了~ 1 eV的绝对能量测量精度，在17.5 keV下实现了< 12 eV的能量分辨率。
2022-07-22 physics.ins-det
Investigation of the in-pixel response of the Mupix11 monolithic pixel sensor using a microfocus X-ray beam at Diamond Light Source
University of Heidelberg（海德堡大学）；University of Oxford（牛津大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）
研究Mupix11单片像素传感器在微焦点X射线束下的像素内响应，验证其在高电压下的均匀检测性能及无反向偏压时的亚像素位置依赖性。
2026-04-27 physics.ins-det
Eliminating the non-Gaussian spectral response of X-ray absorbers for transition-edge sensors
作为用于高能量分辨率X射线光谱学的微量热计的过渡边缘传感器（TES）通常用由具有高Z（对于X射线阻止能力）和低热容量（对于高分辨率能力）的材料制成的吸收体来制造。Bispectin是最具吸引力的选择之一。具有蒸发铋吸收剂的TES显示出具有不期望的和无法解释的低能尾部的光谱。我们已经开发出在金层上电镀铋吸收剂的TES，其不受该问题的影响，并且保留了该材料的其他积极方面。为了更好地理解这些现象，我们研究了一系列的TES与金，金/蒸发铋，金/电镀铋吸收剂，制造在同一个模具上具有相同的热耦合。我们表明，铋形态与X射线TES微量热仪的光谱响应。
2017-08-28 physics.ins-det
Simulation study of a highly efficient, high resolution X-ry sensor based on self-organizing aluminum oxide
现有技术的X射线成像传感器包括可实现的效率与空间分辨率之间的折衷。为了克服这些限制，已经研究了结构化和闪烁体填充的氧化铝（AlOx）基质的使用。我们使用Monte-Carlo（MC）X射线模拟来确定这些AlOx矩阵的X射线成像质量。影响矩阵行为的重要因素是：填充因子因此，我们用MC X射线模拟工具ROSI [1]以几种不同的方式对多孔AlOx基质进行建模，并评估其性质以研究在不同X射线光谱下可实现的性能，具有不同的填充材料（即，掺杂剂）和变化的沟道高度和像素读出。在本文中，我们集中在量子效率，空间分辨率和图像均匀性。
2012-01-23 physics.ins-det
Study of Silicon Pixel Sensors for Synchrotron Radiation Detection
混合像元单光子计数探测器已成功应用于同步辐射X射线探测中。本文研究了工作在全耗尽模式下的用于单光子探测的硅像素传感器。像素传感器制作在4英寸、N型、320μm厚的高电阻率硅晶片上。像素传感器具有p+-in-n结构，其具有变化的像素尺寸和间隙尺寸，包括保护环结构。之后，像素传感器被引线键合到ASIC电路上，并在同步加速器光束线（BSRF，1 W2 B）中测试X射线响应性能。通过S曲线扫描，我们可以得到能量分辨率和输入能量与等效发生器幅度之间的线性关系。我们制作的像素传感器具有良好的能量线性和高计数率取决于ASIC读出电路。我们通过引线键合获得了10 keV光子能量以上20%的能量分辨率。为了减小杂散电容，采用铟球键合传感器可以提高能量分辨率。
2015-04-15 physics.ins-det
Microstructure analysis of bismuth absorbers for transition-edge sensor X-ray microcalorimeters
过渡边缘传感器（TES）作为微量热计，由于其灵敏的响应和较低的工作温度，提供了高分辨率。在硬X射线范围及以上，对高量子效率的需求需要使用吸收体。铋（Bi）由于其低的热载流子密度和高的X射线阻止能力而被广泛用作TES的吸收体材料。然而，不同的光谱响应已经观察到通过蒸发沉积的Bi吸收剂与电镀。蒸发的Bi吸收剂被广泛观察到在所测量的光谱的低能量侧具有非高斯尾部。在本研究中，我们利用这两种方法制备铋吸收体，并利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射显微镜进行微观结构分析。这两种类型的材料显示出相同的晶体结构，但蒸发的Bi的晶粒尺寸比电镀的Bi的晶粒尺寸小约40倍。这种颗粒大小的差异可能是它们不同光谱响应的原因。
2017-11-06 physics.ins-det
Temperature-induced hysteretic behavior of resistivity and magnetoresistance of electrodeposited bismuth films for X- ray transition-edge sensor absorbers
本研究针对X射线探测用过渡边缘传感器（TESs）的电沉积铋薄膜吸收体，首次发现其电阻率的温度滞后与不可逆变化，揭示磁场对其电子输运的影响及低温弱反局域化迹象，为同步辐射设施用高效TES研发提供支撑。
2024-12-09 physics.ins-det
Controlled Shifts of X-ray Emission Lines Measured with Transition Edge Sensors at the Advanced Photon Source
提出利用同步辐射谐波弹性散射产生受控 eV 级线位移，并以固定荧光线在线校准，表征 TES 探测亚分辨率 X 射线能量位移的能力。
2025-02-13 physics.ins-det
Investigation of X-ray induced radiation damage at the Si-SiO2 interface of silicon sensors for the European XFEL
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）的实验需要硅像素传感器，其可以承受高达1 GGy的X射线剂量。为了研究这些高剂量的X射线辐射损伤，<100><111>在DESY DORIS III同步加速器光源上用12 keV X射线辐照了由CiS和Hamamatsu两家供应商生产的基于具有晶体取向的高电阻率n型掺杂硅的MOS电容器和栅控二极管。使用电容/电导-电压，电流-电压和热介电弛豫电流测量，氧化物电荷和界面陷阱在Si-SiO2界面的表面密度，和表面电流密度已被确定为剂量的函数。结果表明，氧化物表面电荷密度和表面电流密度的剂量依赖性取决于晶体取向和生产者。此外，还研究了在100 kGy和100 MGy剂量下，X射线照射期间施加到MOS电容器和栅控二极管栅极的电压对氧化物电荷表面密度和表面电流密度的影响。研究发现，如果氧化层中的电场从SiO2表面指向Si-SiO2界面，则两者都强烈依赖于栅电压。最后，退火研究已在60和80度C的MOS电容器和栅控二极管照射到5 MGy和氧化物的电荷和表面电流的退火动力学确定。
2012-11-09 physics.ins-det
X-ray characterization of BUSARD chip: A HV-SOI monolithic particle detector with pixel sensors under the buried oxide
本文介绍了一种用于电离粒子探测的专用集成电路（ASIC）BUSARD的设计。ASIC是一种单片有源像素传感器，采用高压绝缘体上硅（HV-SOI）工艺制造，该工艺允许在掩埋氧化物（BOX）下方制造掩埋N+扩散作为标准工艺步骤。芯片的第一个版本BUSARD-A利用这种掩埋扩散作为电离粒子传感器。它包括一个13个$\times$ 13像素的小阵列，间距为$80\,μ$ m，每个像素具有一个带有电荷放大器的埋置扩散区，具有偏移调谐和数字处理。探测器具有多种操作模式，包括粒子计数和超阈值时间（ToT）。进行探测器的初始X射线表征，获得若干脉冲高度和ToT谱，然后将其用于执行装置的能量校准。钼$\mathbf{K_α}$发射通过使用模拟脉冲输出测量ENC的标准偏差为$127\,e^{-}$，通过使用ToT数字输出测量ENC的标准偏差为$276\,e^{-}$。ToT模式下的分辨率由像素间的变化决定。
2021-12-06 physics.ins-det
Signatures of Thermal and Electrical Crosstalk in a Microwave Multiplexed Hard X-ray Transition Edge Sensor Array
针对24像素硬X射线TES原型阵列，提出分组触发与平均法识别热、电串扰，量化精度达千分之一，并揭示其对高计数率能量分辨率的潜在影响。
2024-01-17 physics.ins-det
Signal Development for Saturated Ultrafast Sensors with Impact Ionization Gain
一个封闭形式的近似表达式，提出了在高帧率检测入射X射线通量的背景下，在短的时间范围内的硅二极管传感器信号的发展，在X射线吸收曲线产生的电子-空穴对在检测器的体积均匀分布的限制。该表达式表示来自具有（LGAD）和不具有（PIN）增益的二极管传感器的信号的即时时间发展，并且呈现与增益开始相关联的时间尺度。讨论了在电子读出噪声存在的情况下限制检测帧速率的原则。利用元素模拟，LGAD与PIN二极管传感器的相对优势，探索作为有效的电子收集时间的函数。据发现，对于一个理想化的LGAD传感器的增益为30，由碰撞电离提供的增益产生的优势，相对于PIN二极管传感器的帧速率高达10 GHz。
2020-03-01 physics.ins-det
L-Edge Spectroscopy of Dilute, Radiation-Sensitive Systems Using a Transition-Edge-Sensor Array
我们目前的X射线吸收光谱和共振非弹性X射线散射（RIXS）测量的铁L-边缘的0.5 mM的铁氰化物水溶液。这些测量表明，高通量的过渡边缘传感器（TES）光谱仪的能力，以访问丰富的软X射线（100 - 2000 eV）光谱制度的稀释和辐射敏感的样品。我们的低浓度数据与传统光栅光谱仪记录的高浓度测量结果一致。这些结果表明，高通量TES光谱仪获得的软X射线RIXS光谱可用于研究与生物学，化学和催化相关的稀金属中心络合物的局部电子结构。特别是，TES光谱仪具有独特的能力来表征辐射和温度敏感样品的冷冻溶液。
2017-08-18 physics.ins-det
Feasibility Study of Gas Electron Multiplier Detector as an X-Ray Image Sensor
气体电子倍增器（GEM）探测器由于其易于制造、灵活的几何结构和低廉的制造成本，可以用作X射线图像传感器。为了研究GEM探测器作为X射线图像传感器的可能性，我们获得了相对探测效率，并提出了提高探测效率的方法。GEM探测器系统由GEM箔、仪器系统、气体系统和负电源组成。仪器系统由A225电荷灵敏前置放大器、A206前置放大器和MCA 8000 D多道分析仪组成。对于气体系统，氩气与CO2以8：2的比例混合，并且对于负2，000伏，使用3106 D电源。使用CsI涂覆的GEM箔来提高检测效率。采用Fe-55作为X射线源，通过GEM探测器与CdTe探测器的比值来获得相对效率。采用总计数法和能谱法计算了相对效率。GEM探测器对Fe-55的相对探测效率，总计数法为32%，能谱法为5，43，33，37，35，36%。综上所述，我们发现两层GEM探测器的探测效率对于X射线图像传感器来说是不够的，因此我们提出了一种CsI涂层GEM箔来提高效率，结果值增加到41%。
2015-03-12 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Soft x-ray detection for small satellites with a commercial CMOS sensor at room temperature
最近，CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器已经发展到与通常用于X射线卫星中的CCD相比，它们可以在成像X射线检测中提供改进的性能的程度。我们证明了X射线检测软X射线波段（250-1700 eV）的市售背照式索尼IMX 290 LLR CMOS传感器使用先进的光子源在阿贡国家实验室。而在室温下操作的设备，我们测量的能量分辨率（FWHM）为48 eV在250 eV和83 eV在1700 eV的钱德拉ACIS和朱雀XIS的性能相当。此外，我们证明IMX 290 LLR可以承受高达17.1 krad的辐射，使其适合在低地球轨道的航天器上使用。
2020-11-28 astro-ph.IM physics.ins-det
CIX - A Detector for Spectral Enhanced X-ray Imaging by Simultaneous Counting and Integrating
提出了一种基于电荷积分和光子计数概念的混合像素探测器。第二代计数和积分X射线原型CMOS芯片（CIX）已经用不同的直接转换传感器材料（CdZnTe和CdTe）凸块接合到其8 × 8像素矩阵来操作。光子计数装置对于低到中等X射线通量给出优异的结果，但是在高速率下饱和，而电荷积分允许检测非常高的通量，但是在低速率下受到有限的信噪比的限制。因此，两种信号处理概念的组合扩展了X射线检测器的可分辨动态范围。此外，对于计数器和积分器同时操作的动态范围的大区域，可以计算检测到的X射线光谱的平均能量。该光谱信息可用于增强X射线图像的对比度。将审查的计数和积分信号处理的概念和成像系统的性能的优点。系统的动态范围和传感器响应的属性将进行讨论，并与额外的光谱信息成像的例子将被提出。
2008-02-15 physics.ins-det physics.med-ph
Transition-Edge Sensors for Particle Induced X-ray Emission Measurements
在本文中，我们提出了一种新的测量设置，其中transitionedge传感器探测器阵列被用来检测X射线的粒子感生X射线发射测量与2 MeV的质子束。与传统的硅或锗探测器相比，过渡边缘传感器在能量分辨率方面提供了数量级的改进，使得在材料分析中识别以前无法解析的谱线成为可能，并从元素中获得化学信息。我们的传感器通过无致冷剂绝热退磁制冷机冷却至工作温度（65 mK），该制冷机装有专门设计的X射线口，该口具有真空密封窗口以耦合辐射。对于最好的像素，测得的仪器能量分辨率为3.06 eV的半高全宽在5.9千电子伏。我们讨论了该项目的当前状态，过渡边缘传感器的好处时，用于粒子诱导X射线发射光谱，从第一次测量的结果。
2013-10-07 physics.acc-ph physics.ins-det
X-ray Metrology of an Array of Active Edge Pixel Sensors for Use at Synchrotron Light Sources
我们报告生产的主动边缘硅传感器阵列作为一个大型阵列的原型。将四个Medipix3RX.1芯片凸块键合到四个单芯片尺寸的Advacam有源边缘n on n传感器。然后将这些探测器安装到2 × 2阵列中，并在B16金刚石光源上使用2 μ m的X射线束斑进行测试。与光学计量相比，这些测试的结果给出了这些传感器对传感器的物理边缘敏感的置信度，在最后两行像素中只有适度的效率损失。我们提出的效率图记录与微焦点光束和样品粉末衍射测量。这些结果给人的信心，这种传感器技术可以用于更大的阵列的检测器在同步加速器光源。
2016-12-21 hep-ex physics.ins-det
A compact, high resolution tracker for cosmic ray muon scattering tomography using semiconductor sensors
介绍了一种用于μ子散射层析成像的半导体跟踪器。该跟踪器包含硅带传感器与$80\,μ$ m间距，精密机械和集成冷却。传感器的电子读数由可扩展的、廉价的、灵活的、基于FPGA的系统执行，该系统被证明可以实现$30\,$ kHz的事件率。跟踪器的性能进行了比较与Geant4仿真。在$4\,$ GeV平均宇宙线μ子能量下，证明了与$1.5\,$ mrad兼容的散射角分辨率。使用角度统计重建算法获得塑料、铁和铅样品的图像。图像显示了低和高原子序数材料之间的良好对比。
2018-10-29 hep-ex physics.ins-det
Measurement of Smartphone Sensor Efficiency to Cosmic Ray Muons
提出了智能手机相机中CMOS传感器对宇宙射线μ子的效率的测量。外部放大器中的巧合表明宇宙射线μ子的通过，允许测量CMOS传感器的效率。所观察到的通量与公认的值一致，并且效率被呈现为从CMOS硅光电二极管像素收集的光电子的数量的函数。这些效率对于理解大规模智能手机网络作为空气淋浴观测站的可行性至关重要。
2021-07-13 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Characterization of CMOS sensor using X-ray irradiation
本文针对未来高亮度对撞机实验需求，对新型单片像素探测器MALTA开展X射线辐照与电学表征研究，并通过不同厚度传感器的DAC对比分析揭示辐射影响与性能优化方向。
2025-02-04 hep-ex physics.ins-det
High-resolution kaonic-atom x-ray spectroscopy with transition-edge-sensor microcalorimeters
我们正在准备一个超高分辨率的X射线光谱的kaonic原子使用X射线光谱仪的基础上，由NIST开发的超导过渡边缘传感器微量热计阵列。该仪器在6 keV能量下具有2 - 3 eV（FWHM）的优异能量分辨率，并且具有约20 mm^2的大收集面积。这将为研究K介子与核的强相互作用打开新的大门，并提供新的精确的带电K介子质量值。
2014-02-19 nucl-ex physics.ins-det
Transition edge sensor based detector: from X-ray to $γ$-ray
Transition Edge Sensor对温度的变化极为敏感，结合一定厚度的高Z金属，可以实现对X射线等粒子的高能量分辨率测量。能量低于10 keV的X射线穿透能力很弱，因此只有几微米厚的金或铋才能获得高于70%的量子效率。因此，在该能量范围内的TES X射线检测器的整个结构可以在微制造工艺中实现。然而，对于10 keV至200 keV的X射线或伽马射线，需要亚毫米吸收层，这不能通过微制造工艺实现。本文首先简要介绍了上海工业大学研制的TES X射线探测器及其辅助系统，然后重点介绍了TES $γ$ -射线探测器，其吸收体是基于亚毫米铅锡合金球。该探测器在100 keV附近的量子效率大于70%，能量分辨率为161.5eV@59.5keV。
2022-04-27 astro-ph.IM physics.ins-det
Radiation Damage Effects on Double-SOI Pixel Sensors for X-ray Astronomy
FORCE卫星上的X射线SOI像素传感器将被放置在低地球轨道上，因此将受到主要由地磁捕获的宇宙射线质子引起的辐射效应。基于先前关于辐射对SOI像素传感器的影响的研究，在氧化层中捕获的正电荷显著地影响传感器的性能。为了提高SOI像素传感器的抗辐射能力，我们提出了一种在氧化层中增加中间硅层的双层SOI（D-SOI）结构。施加在中间Si层上的负电位补偿了由于捕获的正电荷而引起的辐射效应。虽然已经评估了D-SOI像素传感器在高能加速器中的应用的辐射硬度，但迄今为止还没有评估D-SOI传感器中天文应用的辐射效应。为了评估D-SOI传感器的辐射效应，我们使用6 MeV的质子束进行辐照实验，总剂量为~ 5 krad，对应于几十年的在轨运行。该实验表明，X射线D-SOI器件的抗辐射性得到了改善。在D-SOI器件上使用5 krad的辐照时，对于5.9 keV的X射线，在半峰全宽中的能量分辨率提高了7 $\pm$ 2%，并且芯片输出增益降低了0.35 $\pm$ 0.09%。增益退化的物理机制也进行了研究，它被发现，增益退化是由于寄生电容的增加，由于扩大掩埋n阱。
2020-07-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurement of camera image sensor depletion thickness with cosmic rays
除了光学光子之外，相机图像传感器还可用于检测电离辐射。特别是，宇宙射线μ子被检测为穿过多个像素的长而直的轨道。径迹长度的分布可以通过海平面处μ子的已知角分布与相机图像传感器的有源（耗尽）区域的厚度相关。我们使用分布式电子宇宙射线天文台记录的宇宙射线μ子轨道样本来测量商业智能手机HTC Wildfire S中相机图像传感器的耗尽区厚度。轨道长度分布更倾向于宇宙射线μ介子的角分布在各向同性分布。在这两种分布下，测得的耗尽层厚度在13.9~ $μ$ m和27.7~ $μ$ m之间。相同的方法可以应用于图像传感器的附加模型。一旦测量，厚度可以用于在每个事件的基础上将轨迹长度转换为入射极角。与直接从传感器平面中的轨道取向确定入射方位角相结合，这使得能够对单个宇宙射线事件进行方向重建。
2015-10-30 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Analysis of impedance and noise data of an X-ray transition-edge sensor using complex thermal models
过渡边缘传感器（TES）探测器的能量分辨率受到所谓的过量噪声的限制，其物理来源一直不清楚，提出了许多相互竞争的模型。在这里，我们提出了一个矩形X射线Ti/Au TES在SRON制造的噪声和阻抗数据分析。为了同时考虑阻抗和噪声数据中的所有主要特征，我们使用了由三个热容块组成的热模型，而两块模型显然是不够的。这意味着，对于这些探测器，多余的噪声只是设备内部部件的热波动噪声。文中还给出了三块模型的阻抗和噪声方程。
2011-12-02 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Kyoto's Event-Driven X-ray Astronomy SOI pixel sensor for the FORCE mission
我们一直在开发单片有源像素传感器，X射线天文SOI像素传感器，XRPIXs，基于绝缘体上硅（SOI）CMOS技术，作为未来日本任务的软X射线传感器，FORCE（聚焦相对论宇宙和宇宙演化）。该任务的特点是宽带（1-80 keV）X射线成像光谱与高角分辨率（$<15$ ~arcsec），与以前的任务相比，我们可以实现约10倍的灵敏度高于10 keV。通过在每个像素中实现的事件触发输出功能，可以立即读出仅被X射线击中的像素，时间分辨率高于$10~{\rm μsec}$（事件驱动读出模式）。它使我们能够进行快速定时观测，并通过采用反符合技术，减少了在5- 10 keV以上高X射线能带的非X射线背景的支配。在本文中，我们介绍了我们的最新结果的发展XRPIXs。(1)我们成功地开发了一种三面可对接的背面照明装置，其成像区域尺寸为21.9 mm $\times$ 13.8 mm，像素尺寸为$36~{\rm μm} \times 36~{\rm μm}$。在事件驱动读出模式下，器件的X射线通量达到0.57 kHz以上。(2)我们开发了一种使用双SOI结构的器件，并发现该结构通过抑制传感器和电路层之间的电容耦合干扰来提高事件驱动读出模式下的光谱性能。(3)我们还开发了一种新的设备配备了钉扎耗尽型二极管结构，并确认该结构减少了暗电流产生的传感器和SiO $_2$绝缘层之间的界面区域。在事件驱动读出模式…
2018-07-29 astro-ph.IM physics.ins-det
An Aluminum-coated sCMOS sensor for X-Ray Astronomy
本文研制了表面溅射200 nm铝层的定制sCMOS传感器EP4K，在保持良好X射线能谱性能的同时大幅抑制光学透射，并已应用于LEIA和爱因斯坦探针卫星的WXT载荷。
2023-12-04 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Progress toward optimizing energy and arrival-time resolution with a transition-edge sensor from simulations of X-ray-photon events
由X射线望远镜携带的超导过渡边传感器是研究中子星和黑洞的有力工具。几种方法，如最佳滤波或主成分分析，已经开发出分析这些传感器的X射线数据。然而，这些技术可能难以在太空中实施。我们的目标是开发一种计算成本较低的技术，优化能量和时间分辨率时，X射线光子检测的TES。TES表现出与光子能量的非线性响应。因此，在低能量下，我们关注电流脉冲高度，而在高能量下，我们考虑电流脉冲宽度，以检索X射线光子的能量和到达时间。对于0.1 keV和30 keV之间的能量和195 kHz的采样率，我们得到的能量分辨率（半最大值处的全宽）在1.32 eV和2.98 eV之间。我们还得到了一个到达时间分辨率（全持续时间在一半的最大值）之间的163 ns和3.85 ns。为了提高这些结果的准确性，有必要对TES中的非平稳噪声进行彻底描述，并开发一种鲁棒的堆积事件车载识别方法。
2021-01-21 astro-ph.IM physics.ins-det
Design and test results of different aluminum coating layers on the sCMOS sensors for soft X-ray detection
近年来，互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器作为X射线探测器的应用取得了巨大的进展。为了屏蔽X射线检测中的可见光，通常采用铝的阻挡滤光片。我们设计了三种类型的铝涂层，它们在制造过程中直接沉积在背照式sCMOS传感器的表面上。使用商用2k * 2k sCMOS传感器来实现这些设计。在这项工作中，我们报告他们的性能相比，无涂层的sCMOS传感器。测量了660 nm和850 nm处的光透射率，结果表明，200 nm铝层的光透射率达到约10-9的水平，100 nm铝层的光透射率达到约10-4的水平。在传感器的四个侧面周围发现光泄漏。这些铝涂层的sCMOS传感器的读出噪声，固定模式噪声和能量分辨率没有显示出显着的变化。在室温下，与未涂覆的sCMOS传感器相比，这些Al涂覆的sCMOS传感器的暗电流显示出明显的增加，而当sCMOS传感器冷却到约-15度时，没有发现显著的差异。铝涂层在热循环和老化试验后没有显示出可见的裂纹。基于这些结果，铝涂层的更大的面积上更大的sCMOS传感器，提出了未来的工作。
2022-11-30 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Radiation-Induced Degradation Mechanism of X-ray SOI Pixel Sensors with Pinned Depleted Diode Structure
本文通过器件仿真揭示了XRPIX X射线SOI像素传感器在辐射下暗电流和读出噪声增加的机制，为改进其抗辐射设计提供依据。
2023-06-14 astro-ph.IM physics.ins-det
Evaluation of Kyoto's Event-Driven X-ray Astronomical SOI Pixel Sensor with a Large Imaging Area
我们一直在为未来的X射线天文卫星开发基于绝缘体上硅（SOI）像素技术的单片有源像素传感器，名为"XRPIX“。XRPIX具有事件触发和命中地址输出功能。该功能允许我们在触发定时仅读出命中像素的模拟信号，这被称为事件驱动读出模式。最近，我们处理了XRPIX系列中最大成像面积为21.9 mm $\times$ 13.8 mm的"XRPIX 5 b“。在帧读出模式下，读出噪声为46~ $^-$ ~（rms）。像素间增益变化为1.2% FWHM。我们成功地获得了事件驱动读出模式下的X射线图像。
2019-04-29 astro-ph.IM physics.ins-det
Investigating the image lag of a scientific CMOS sensor in X-ray detection
近年来，科学CMOS（sCMOS）传感器得到了大力发展，并在几个方面胜过CCD：更高的读出帧速率，更高的辐射耐受性和更高的工作温度。对于硅图像传感器，当事件的电荷没有完全转移到像素内部时，将发生图像滞后。它会降低光学成像的图像质量，并降低X射线光谱的能量分辨率。在这项工作中，图像滞后的sCMOS传感器进行了研究。为了测量弱光照明下的图像滞后，提出了一种从X射线光子中提取图像滞后的新方法。测量了定制的X射线sCMOS传感器GSENSE 1516 BSI的图像延迟，并评估了其对X射线性能的影响。结果表明，该传感器的图像滞后仅存在于紧接着的帧中，并且在不同的入射光子能量和不同的实验条件下，图像滞后始终小于0.05%。剩余电荷小于0.5e-，最高入射光子电荷约为8 ke-.与大约3 e-的读出噪声水平相比，该传感器的图像滞后太小，不会对成像质量和能量分辨率产生显著影响。图像滞后与入射光子能量呈正相关，与温度呈负相关。然而，它不依赖于增益设置和积分时间。这些关系可以用像素内部的非理想电势结构来定性地解释。该方法也适用于其他类型成像传感器的像差研究。
2023-03-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
