X射线脉冲星导航是航天器实现高精度自主导航的重大战略发展方向,属于航空航天科学技术的热点研究领域。硅探测器主要用于探测收集脉冲星辐射X射线的能量信息,为执行空间探测任务的航天飞行器提供全信息、全空域、长时间,高精度和自主性的导航信息。自主研发属于我国的高端新型硅探测器芯片是打破西方垄断和实现大国崛起的必经之路。因此,本文主要研究了应用于X射线脉冲星导航的小电容二维硅探测器,具体内容如下:1.研究314 mm~2双面螺旋硅漂移探测器的结构设计、电学仿真及芯片制作。首先,采用数学变分法计算出具有最佳载流子漂移路径的螺旋硅漂移探测器的电势、电场分布,确定螺旋环间距、宽度等结构设计参数,设计出一种314 mm~2双面螺旋硅漂移探测器。其次,仿真电势、电场和电子浓度分布,证实探测器内部存在最佳电子漂移通道,模拟单粒子瞬态效应,提出对探测器收集阳极的抗辐射加固。然后,制作出探测器芯片并测试漏电流和电容,漏电流约为34 p A,电容约为7 p F,表明探测器性能优良。最后,设计出六边形排布的大面积硅漂移探测器阵列。采用施加磁场、新型制冷以及优化设计等方法来解决硅漂移探测器阵列可能存在的信号电子难收集、发热高以及物理结构承载性差的问题。2.研究全悬浮型像素探测器的结构设计和电学特性。硅漂移探测器不具备位置分辨能力,为满足深空探测对位置分辨率的要求,设计出一种小电容的全悬浮型像素探测器。首先,在硅漂移探测器设计思路的启发下,设计出全悬浮型像素探测器。该结构采用漂浮电极来减小探测器收集电极面积,解决了传统像素探测器收集电极面积大,漏电流和电容大,噪声高的缺点,进而提高像素探测器的位置、能量分辨率。其次,分析探测器的厚度和漂浮电极间距对探测器性能的影响,确定厚度为300μm,漂浮电极间距为5μm时,探测器性能最佳。最后,仿真探测器阵列的电势、电场和电子浓度分布,电势分布均匀,不存在死区,证明全悬浮型像素探测器的结构设计合理。