应用于X射线探测的大面积科学级CMOS探测器的关键性能研究

Future space X-ray missions require larger effective area, higher flux capability, lower power consumption. The widely applied Charge Coupled Device (CCD) can hardly fulfill all these requirements due to its charge transfer mechanism, which may cause low frame rate, charge transfer inefficiency (CTE) and low integration readout. In recent years, The CMOS detector is being developed and has been widely applied commercially. With fast readout, low power consumption, anti-radiation, high integration and low cost characteristics, scientific CMOS sensor is expected to replace the CCD and to be applied in the future astronomical observation project. This project is proposed to study the characteristics of a domestic large scientific backside illuminated CMOS detector. The scientific performance and reliability of the CMOS detector as an X-ray detector will be evaluated in details. This CMOS detector can also be applied in other scientific research and industrial fields. This research is of great significance to promote the development of domestic CMOS detectors.

未来的X射线观测卫星对于焦平面探测器有效面积、观测流强、功耗的需求越来越高。目前广泛使用的CCD探测器由于其电荷转移工作原理导致的读出速度、电荷转移效率、集成度低等问题，已经无法满足下一代空间望远镜的需求。近几年发展起来的科学级CMOS探测器技术，由于具有快读出、低功耗、抗辐照、集成度高和低成本等特性，有望代替CCD应用于未来空间探测项目中。本项目率先对国产大面积科学级CMOS探测器应用于X射线探测的物理特性进行研究，全面评估其作为X射线探测器的科学性能和可靠性，为大面积科学级CMOS探测器应用于未来X射线天文观测项目奠定技术基础，同时该类型探测器还可应用于其他科学以及工业领域，推动国产化CMOS探测器的发展具有重要意义。

未来的X射线观测卫星对于焦平面探测器有效面积、位置精度和观测流强的需求越来越高，而目前在轨的通用探测器技术CCD在某些方面已经无法满足下一代空间望远镜的需求。近几年发展起来的科学级CMOS探测器技术，由于具有快读出、低功耗、集成度高和低成本等特性，有望代替CCD应用于一些未来空间探测项目中。本项目对应用于X射线探测的科学级背照式CMOS的科学性能进行研究，系统地研究了其读出噪声、暗电流、能谱响应和能量分辨率等科学性能表现。该研究项目中的CMOS面积为6cmx6cm,是目前世界上首款4kx4k的大面积科学级CMOS，其性能达到世界领先水平。该研究结果证明了大面积科学级背照式CMOS应用于X射线天文观测的可行性，为X射线天文项目奠定技术基础。CMOS探测器已被选作爱因斯坦探针卫星焦平面探测器，且有望应用于下一代X射线科学观测卫星THESEUS中。同时，该技术还可以作为束流标定探测器和工业成像探测器，应用于其他科学和工业领域中。.本项目按照原目标顺利完成，并发表文章2篇，其中1篇SCI，1篇EI。