面向同步辐射应用的SOI探测技术研究

It has raised the urgent demands for the high performance detectors with beamline upgrades of existing synchrotron radiation facilities and construction of new light source in the future. According to the requirements of two-dimensional X-ray detectors for the diffraction and scattering experiments on synchrotron radiation light source, the technology study of SOI pixel detector has been proposed.Based on the current research status and our experience, we will concentrate to study the chip, the basic unit of the detector system, to solve properly the fundamental shielding and radiation tolerant problems of SOI technology, and to develop the integrated circuits with capability of high rate X-ray detection. By means of those efforts, it will achieve the accumulation of key technology for the development of large area detector system in the future. This research is to combine the national demands with state of the art technology, trying to reach the frontier of global silicon pixel detector research by using a suitable way. To become a complementary roadmap comparing the hybrid silicon pixel detector studies in China, it will be very important for the purpose of realizing the world level in this field.

我国现有的同步辐射光源的实验线站升级和未来新光源的建设都对高性能探测器提出了迫切需求。本项目面向同步辐射衍射和散射实验对二维X射线探测器的需求，提出开展SOI像素探测器技术研究。基于最新研究进展和已有的研究基础，研究探测器系统的基本组成单元- - 芯片，妥善解决SOI探测技术固有的屏蔽和抗辐射问题，并针对高计数率X射线探测的要求研制片上集成电路。通过这些研究，为进一步研制大面积探测器系统完成关键的技术储备。本项目将国家需求与新技术研究相结合，试图以一个合理的切入点努力进入到硅像素探测器研究的世界前沿行列。这与国内其他项目组正在开展的混合型硅像探测器研究形成互补的两条发展路线，对于缩小我国在硅像素探测器方面与世界先进水平之间的差距有重要意义。

本项目针对同步辐射实验、尤其是低能X射线成像实验的要求，研发基于SOI工艺的计数型硅像素探测器并开展性能研究。通过探测器模型芯片的研制和测试，掌握SOI 像素探测器设计及性能测试中的关键技术，为实现高精度、低噪声的大面积实用化X射线成像探测器提供一个有效方案。项目的重要结果体现在以下几方面：.1.开展SOI芯片优化设计，改进了屏蔽和像素单元结构，有效解决了串扰问题，实现小像素内数字化电路的设计。像素芯片等效噪声低，阈值发散小，是计数型SOI像素探测器发展的一个里程碑。.2.完成芯片的测试和性能研究，在阵列信号响应一致性、特别是高分辨像素探测器面临的电荷共享等方面进行了深入研究，提供了电路设计的解决方案。.3.合作完成首个大面积计数型SOI像素芯片的设计，标志着SOI像素探测器在低能X射线成像的应用进入实用化阶段。.本项目为国内首次开展用于X射线的SOI硅像素探测器研究，像素单元及芯片电路设计等多个部分基本属于自主研发，为此领域培养了一定规模的研究队伍，发表文章6篇，并多次在国内外会议上报告。参加项目研究一名博士研究生、一名硕士研究生毕业。项目的全部研究目标实现。