宇宙X線観測用撮像型半導体素子の開発

宇宙X射线观测用成像型半导体装置的开发

• 批准号: 03452012
• 负责人: 牧島 一夫
• 金额: $ 3.84万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 1992
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-03452012/
• 关键词: X線検出器; X線天文学; 半導体検出器; 2次元撮像デバイス; PIN型ダイオード; PIN型ダイオ-ド

本年度は昨年度の成果にもとづき、PIN型シリコンダイオードのアレイを用いた宇宙X線撮像デバイスの開発のため、以下のような研究を行った。(1) 単一のPINダイオード素子を用い、プリアンプの性能向上およびアナログ処理技術の向上をはかった。この結果、常温でも数KeV以上のエネルギー域で安定な動作を実現することができた。光帰還方式も検討を行っている。(2) 上に述べたシステムを-30℃まで冷却し、温度とエネルギー分解能の相関を調べることにより、雑音に寄与するさまざまな成分の評価と分離を行った。現状ではリーク電流が効いているようである。(3) 複数個の素子をアレイ状に並べた場合の、効率の良い信号読み出し方式を、いろいろな角度から検討した。一素子ごとにプリアンプを設けて信号処理する方法が最適であるが、処理回路がぼう大になってしまう。これに代わる方法として、プリンアンプ初段のFETのみは一素子ごとに設け、それ以降の信号をマルチプレクス処理する方法を実験的に検討した。また実際の観測を想定したシミュレーションを行った。(4) 上の場合、ある素子にイベントのあったことを認識し、その素子の位置をエンコードする技術が鍵になると考えられる。以上のように本年度の研究を通じ、シリコンダイオードアレイを用いたX線撮像デバイスの基礎特性を把握し、技術的問題点を整理し、同時に開発の指針を得ることができた。ただし、時間の都合上、プリアンプの一部を組み込んだ独自のダイオードを試作するまでには至らなかった。

根据去年的结果，进行了以下研究，以便使用一系列PIN型硅二极管开发空间X射线成像设备。 （1）使用单个PIN二极管元素，我们改进了前置放大器性能和模拟处理技术。结果，即使在室温下，几个KEV或更多的能量范围都可以实现稳定的操作。还考虑了光返回方法。 （2）上述系统被冷却至-30°C，并研究了温度和能量分辨率之间的相关性，以评估和分离有助于噪声的各种组件。目前，泄漏电流似乎有效。 （3）当从各个角度以阵列排列多个元素时，我们已经检查了有效的信号读取方法。最佳方法是为每个元素提供一个前置放大器来处理信号，但是处理电路变大。作为替代方案，我们通过实验研究了一种方法，在这种方法中，仅为每个元素提供嘌呤放大器的第一阶段的FET并将后续信号多样化。此外，基于实际观察结果进行了模拟。 （4）在上述情况下，人们认为关键是要认识到事件发生在某个元素中并编码该元素的位置。如上所述，通过今年的研究，我们能够使用硅二极管阵列掌握X射线成像设备的基本特征，组织技术问题，同时获得开发准则。但是，由于时间限制，我们无法产生自己二极管的原型，该原型包含了一部分前置放大器。

项目成果

K.Makishima and T.Mihara: "X-ray Measurements of Neutron-Star Magnetic Fields" Proc. 28th Yamada Conference “Frontiers of X-ray Aslrnomy". 1. 23-32 (1992)

K.Makishima 和 T.Mihara：“中子星磁场的 X 射线测量”第 28 届 Yamada 会议“X 射线 Aslrnomy 前沿”（1992 年）。

H.Bradt,T.Ohashi and K.A.Pounds: "X-ray Astronomy Missions" Annual Revew of Astronomy and Astrophysics. 30. 391-428 (1992)

H.Bradt、T.Ohashi 和 K.A.Pounds：“X 射线天文学任务”天文学和天体物理学年度回顾。

T.Ohashi: "Imaging gas scintillation proportional counter for ASTROーD" Proc.SPIE Conference. 1549. 9-18 (1991)

T.Ohashi：“ASTRO-D 的成像气体闪烁正比计数器”Proc.SPIE 会议 1549. 9-18 (1991)。