Performance evaluation of thin active-edge planar sensors for the CLIC vertex detector
利用二维有限元T-CAD模拟研究了间距为55 μ m、有源边缘和各种保护环布局的薄平面硅传感器。模拟结果与实验数据进行了比较，并观察到一个整体良好的协议。研究表明，50 μ m薄平面硅传感器的有源边缘与浮动保护环或没有保护环可以完全有效地操作到传感器的物理边缘。模拟结果被用来确定合适的传感器设计应用在未来CLIC线性$e^+e^-$对撞机的高精度顶点探测器。
2019-04-22 physics.ins-det
Novel Silicon n-on-p Edgeless Planar Pixel Sensors for the ATLAS upgrade
考虑到LHC向HL-LHC的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是像素升级的一个有前途的候选者，这允许扩大像素探测器的面积。我们报告在FBK（特伦托，意大利）制造的新型n中p无边缘平面像素传感器的发展，利用“主动边缘”的概念，在设备的外围死区的减少。在讨论了传感器技术和制造工艺后，我们提出了针对不同传感器配置进行的器件模拟（照射前和照射后）。第一个初步结果与生产的测试结构。
2013-02-15 hep-ex physics.ins-det
Timing measurements with a 3D silicon sensor on Timepix3 in a 180 GeV/c hadron beam
测试光束测量已经进行了3D传感器上的Timepix 3 ASIC和时间测量。将测量结果与Timepix 3上的薄平面传感器的测量结果进行比较。它示出，对于一个垂直入射光束的时间分辨率的两个检测器是由Timepix 3前端占主导地位。3D检测器主要由时间-数字转换，而模拟前端抖动也为薄平面检测器提供了显著的贡献。与薄平面探测器的683（8）ps相比，3D探测器达到567（6）ps的总时间分辨率。然而，对于掠射角射束，薄平面检测器实现了更好的时间分辨率，因为它具有较低的像素电容，并且因此对于主要发生在这种类型的测量中的低电荷信号，受到模拟前端中的抖动的影响较小。最后，它也表明，3D和薄平面探测器可以实现约100 ps和250 ps，分别为大集群的时间分辨率，通过结合许多单次击中测量。
2021-05-25 physics.ins-det
Plasma effect in Silicon Charge Coupled Devices (CCDs)
在暴露于能量在0.5 - 5.5 MeV范围内的重电离α粒子的CCD中观察到等离子体效应。在CCD像素上重建的电荷团簇的大小所获得的结果与先前在高能区（>3.5 MeV）的测量结果一致。测量扩展到较低的能量，使用α粒子产生的（n，α）反应的中子在硼-10目标。等离子体柱的有效线性电荷密度被测量为能量的函数。结果表明，在α粒子的重建，这打开了一个有趣的可能性，使用这些探测器在中子成像应用的高位置分辨率的潜力。
2011-05-28 hep-ex physics.ins-det
Planar Silicon Metamaterial Lenslet Arrays for Millimeter-wavelength Imaging
毫米波和亚毫米波探测器的大型成像阵列的应用包括测量宇宙微波背景（CMB）中微弱的偏振信号和亚毫米天体物理。我们正在开发平面小透镜阵列毫米波长成像使用超材料微晶制造的硅晶片。与传统的半球形小透镜阵列相比，这种超材料技术具有许多潜在的优点，包括高精度和均匀性、平面集成抗反射层以及与硅检测器晶片匹配的热膨胀系数。在这里，我们描述了梯度折射率（GRIN）超材料微透镜的设计过程中，使用金属网图案化的硅和金属网和蚀刻孔超材料抗反射层的组合。我们优化的设计，使用散装材料模型，以快速模拟和验证的小透镜设计。我们制作了原型GRIN超材料微透镜阵列，并将其安装在Polarbear/Simons阵列90/150~GHz波段过渡边缘传感器（TES）的辐射热探测器阵列与正弦平面天线。原型微透镜阵列的光束测量与模型模拟相当吻合。我们计划进一步优化设计，并将其与宽带减反射涂层相结合，以实现70- 350 GHz带宽的工作。
2020-12-15 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Planar n-in-n quad module prototypes for the ATLAS ITk upgrade at HL-LHC
为了满足高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的要求，有必要更换ATLAS实验的现有跟踪器。因此，正在开发一种新的全硅跟踪探测器，即所谓的内部跟踪器（ITk）。四芯片模块的使用旨在其像素区域。这些模块由一个硅传感器和四个读出芯片组成。当前的ATLAS像素检测器由平面n-in-n硅像素传感器组成。类似的传感器和四个FE-I4读出芯片被组装成平面n-in-n四模块的第一个原型。这些模块的研究的主要焦点是读出芯片之间的区域，特别是所有四个读出芯片之间的中心区域。传感器上放置了特殊的像素单元，覆盖了读出芯片之间的间隙。这方面的贡献集中在非辐照设备的特性，包括重要的传感器特性，电荷收集确定与放射源以及命中效率测量，在实验室和在testbeams。此外，辐照装置的第一实验室结果。
2017-12-18 physics.ins-det
Hydrogenated amorphous silicon detectors for particle detection, beam flux monitoring and dosimetry in high-dose radiation environment
氢化非晶硅（a-Si：H）具有显著的抗辐照性能，可以沉积在多种衬底上。自20世纪80年代中期以来，A-Si：H基粒子探测器已经被构建为平面p-i-n或肖特基二极管结构;这些探测器的厚度范围从1到50微米。然而，由于与高耗尽电压下的高漏电流相关的低S/N比和低电荷收集效率，使用平面结构的MIP检测一直存在问题。与平面结构相比，3D检测器架构的使用可以有益于减小电极间距离和增加检测器厚度以产生更大电荷的可能性。这种探测器可以用于未来的强子对撞机，因为它具有抗辐射性，也可以用于X射线成像。此外，可以利用在柔性材料（如kapton）上沉积a-Si：H的可能性来构建柔性和薄的束流测量探测器和X射线剂量计。
2020-02-25 physics.ins-det
Plasma Temperature Measurement with a Silicon Photomultiplier (SiPM)
限制在潘宁-马尔姆伯格阱中的非中性等离子体的温度可以通过缓慢降低阱的静电轴向限制势垒的一侧来确定;温度是从粒子逸出阱的速率作为势垒高度的函数来推断的。通常，逃逸的颗粒被导向微通道板（MCP），并且所产生的放大电荷被收集在荧光屏上。屏幕用于等离子体成像，但也可以用作法拉第杯FC用于温度测量。灵敏度极限则由屏幕的高电压偏置增强的颤噪噪声来设定。或者，可以使用硅光电倍增器（SiPM）来通过从荧光屏发射的光测量电荷。这使得从颤噪噪声的信号，并允许更冷和更小的等离子体的温度进行测量比以前可以测量，本文重点介绍了一个SiPM的优势，在FC。
2020-10-23 physics.ins-det physics.plasm-ph
Performance of Thin Planar \textit{n-on-p} silicon pixels after HL-LHC radiation fluences
大型强子对撞机（LHC）实验之一ATLAS的跟踪探测器将在2024-2026年进行升级，以应对高亮度LHC（HL-LHC）具有挑战性的环境条件。LPNHE与FBK和INFN合作，生产了130 μ m厚的$μ$硅像素传感器，该传感器可以承受HL- LHC预期的大粒子注量，同时以优异的命中效率高速率传输数据。这种传感器进行了测试之前和之后的照射在欧洲粒子物理研究所和DESY的束流，和它们的性能本文介绍。束流测试数据表明，这些探测器适用于未来ATLAS跟踪器中预见的平面传感器的所有层：对于注量$Φ\lesssim 7\times10^{15}\rm{n_{eq}/cm^2}$，命中效率大于97\%，并且模块功耗在规定的限制内。在注量为$Φ= 1.3\times10^{16}\rm{n_{eq}/cm^2}$时，命中效率仍高达88%，电荷收集效率约为30%.
2019-09-05 hep-ex physics.ins-det
Simulation study of signal formation in position sensitive planar p-on-n silicon detectors after short range charge injection
分段硅探测器（微像素和微带）是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）实验中使用的主要探测器类型。由于高亮度和最终的高通量，需要具有快速响应以适应20 ns的短成形时间和足够的辐射硬度的探测器。在Ioffe研究所进行的测量表明，探测器对短程电荷注入的响应中的脉冲极性发生了逆转。由于测得的负信号约为峰值正信号的30-60%，因此即使在未辐照的探测器中，该效应也强烈地降低了CCE。为了进一步研究这种现象，测量结果已被TCAD模拟再现。至于测量，模拟研究被应用于p-on-n条带探测器，其几何形状类似于为ATLAS实验开发的那些，并且用于Ioffe研究所设计的p-on-n条带探测器，其中每个条带在覆盖p $^+$注入物的金属化中具有窗口，允许在条带注入物下产生电子空穴对。利用不同的激光直径和Si-SiO $_2$界面电荷密度，对整个条带和条带间间隙进行红色激光扫描。结果验证了实验观察到的负响应沿带间间隙中的扫描。当激光光斑位于带p $^+$植入物上时，负响应消失，并且在有源带处收集的电荷成比例地增加。模拟结果提供了一个进一步的洞察和理解的氧化物电荷密度的影响，在信号的形成。所观察到的效果和细节的检测器响应不同的电荷注入位置进行了讨论的背景下，拉莫定理。
2017-10-03 physics.ins-det
Integrated micro-plasmas in silicon operating in helium
微等离子体阵列在氦气中工作在直流制度已经产生在硅微反应器。阴极边界层（CBL）型微器件的制作使用洁净室设施和半导体加工技术。研究了具有50或100 m直径空腔的微放电阵列的点火。两种不同的结构（各向同性蚀刻或各向异性蚀刻腔）和各种条件（两种不同的电压极性、压力等）。考察100个直径为50 m的微放电可以在1000 ℃下并行点燃。在大电流下，样品边缘出现寄生火花和瞬态火花。当极化反转时（阴极侧对应于打开的电极），需要更多的电流来点燃所有的微放电。操作后，在阳极侧上的孔周围获得热影响区。
2016-04-29 physics.ins-det physics.plasm-ph
Ultra Thin 3D Silicon Detector for Plasma Diagnostics at the ITER Tokamak
为中性粒子分析仪（NPA）和热中子探测器设计并制造了一种超薄硅探测器U3DTHIN。该探测器的主要目的是为ITER实验堆的NPA探测器系统提供最先进的解决方案，并与硼转换层结合使用，用于探测热中子。目前的NPA使用非常薄的闪烁体-光电倍增管，并且它们的主要缺点是能量分辨率差、固有闪烁非线性、相对低的计数率能力以及最后的低能量通道的差的信号与背景鉴别能力。建议的U3DTHIN探测器是基于非常薄的敏感基板，这将提供近100%的离子检测效率，并在同一时间非常低的灵敏度的中子和伽马辐射。为了实现离子检测产生的载流子的非常快速的电荷收集，在检测器的敏感体积中引入了3D电极结构[5]。这些探测器最具创新性的特点之一是薄入射窗口和敏感衬底厚度的最佳组合，以适应非常大的能量动态范围的检测离子。在GEANT 4模拟后，选择了厚度为数十纳米的入射窗口以及从小于5微米变化的敏感衬底厚度，以检测最低能量的离子到20微米的高度。为了增加信号与背景的比率，检测器将在允许执行脉冲高度分析的光谱学方案中操作。在巴塞罗那的Centro Nacional de Microelectronica开发的用于制造这些3D超薄探测器的技术和来自α源（241 Am）的第一个信号将被介绍
2016-12-16 physics.ins-det
The influence of edge effects on the determination of the doping profile of silicon pad diodes
本文研究了高欧姆硅衬底上带保护环的方形p+n焊盘二极管的边缘效应。通过对两个不同面积的焊盘二极管的电容-电压测量，分别确定了平面和边缘对二极管电容的贡献。结果表明，掺杂浓度来自电容-电压测量与边缘校正和没有显着不同。在边缘校正之后，发现焊盘二极管的体掺杂在+/-1.5%内是均匀的。的边缘电容的电压依赖性相比，两个简单的模型的预测。
2016-05-03 physics.ins-det
Time Resolution Studies with Timepix3 Assemblies with Thin Silicon Pixel Sensors
Timepix3是一款用于混合像素探测器的多用途读出ASIC。它可以通过采用到达时间（ToA）和超阈值时间（ToT）技术同时测量时间和能量。这两种方法都受到时间漫步的系统性影响。本文提出了一种逐像素标定时间响应的方法。组件的Timepix3 ASIC凸点键合到薄的平面硅像素传感器的不同厚度之间的50微米和150微米的校准和粒子束的特征。对于最小的电离粒子，时间分辨率低至0.72 $\pm$ 0.04纳秒。
2019-03-10 physics.ins-det
Design and experimental investigation of a planar metamaterial Silicon based lenslet
下一代的地面宇宙微波背景实验将需要偏振敏感的，多色像素的大焦平面，包括几千个探测器在光子噪声限制。实现这一目标的一种方法是将来自望远镜的光耦合到连接到超导双工器网络的偏振敏感天线结构，其中所需的频带在被馈送到单个超灵敏检测器（例如过渡边缘传感器）之前被过滤。传统上，由喇叭天线、平面相控天线或抗反射涂层微透镜构成的阵列被放置在平面天线结构的前面，以实现有效耦合到望远镜光学器件所需的增益。本文介绍了一种相位工程超材料平板微透镜的设计概念和初步的性能测试分析。平面透镜设计固有地与自由空间相匹配，避免了抗反射涂层的必要性。它可以光刻制造，使缩放到大格式阵列相对简单。此外，该技术与生产大尺寸集总元件动态电感检测器阵列所需的制造工艺兼容，该检测器阵列已经证明了所需的灵敏度以及1000级检测器/通道的复用比。
2021-04-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Measurements of charge carrier mobilities and drift velocity saturation in bulk silicon of <111> and <100> crystal orientation at high electric fields
硅中电子和空穴的迁移率取决于许多参数。其中两个是电场和温度。先前已经观察到，欧姆传输和饱和速度之间的过渡区中的迁移率是晶格取向的函数。本文提出了一组新的参数的迁移率作为温度和电场的函数<111>和<100>晶体取向。这些参数是在温度范围为-30 ° C至50°C、电场为2 × 10^3 V/cm至2 × 10^4 V/cm的条件下，通过测量平面p^+nn^+二极管中漂移电荷载流子的飞行时间得出的。
2010-10-14 physics.ins-det
Experience on 3D Silicon Sensors for ATLAS IBL
3D硅传感器，其中等离子体微加工用于在硅衬底中蚀刻深窄孔以形成PIN结的电极，代表了高能物理实验中跟踪探测器的内部像素层的可能解决方案。这种类型的传感器已被开发为可插入B层（IBL），一个额外的像素层，已安装在ATLAS在目前关闭的大型强子对撞机在欧洲核子研究中心。本文介绍了在设计、测试和鉴定用于装备IBL部分的传感器和探测器模块方面的经验。基于ATLAS IBL三维硅传感器的经验，我们讨论了在高光度LHC（HL-LHC）上升级ATLAS和CMS的可能的新发展。
2014-12-19 physics.ins-det
Electrical Characterization of a Thin Edgeless N-on-p Planar Pixel Sensors For ATLAS Upgrades
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是一个有前途的候选人，大面积像素探测器。本文报告的联合开发，由LPNHE和FBK的新型n-on-p无边缘平面像素传感器，利用有源沟槽的概念，减少在设备的外围死区。在讨论了传感器技术，并提出了一些传感器的模拟结果，一个完整的概述所生产的设备的电气特性。
2013-11-07 hep-ex physics.ins-det
Planar Pixel Sensors for the ATLAS Upgrade: Beam Tests results
介绍了针对ATLAS可插入B层和高亮度LHC（HL-LHC）升级的平面硅像素传感器束流测试结果。测量包括空间分辨率，电荷收集性能和相邻电池之间的电荷共享作为不同散装材料的轨道入射角的函数。测量的n-in-n像素传感器作为一个函数的注量为不同的照射。此外，测试了来自几个供应商的具有略微不同布局的p型硅传感器。所有测试的传感器通过凸点接合连接到ATLAS Pixel读出芯片。我们表明，n型和p型测试平面传感器能够收集显着的电荷，即使在HL-大型强子对撞机预期的综合注量。
2012-11-09 hep-ex physics.ins-det
Performance of Irradiated Thin Edgeless N-on-P Planar Pixel Sensors for ATLAS Upgrades
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是一个有前途的候选人，大面积像素探测器。本文报告的联合开发，由LPNHE和FBK的新型n-on-p无边缘平面像素传感器，利用有源沟槽的概念，减少在设备的外围死区。在讨论传感器技术后，将讨论几个辐照样品的电气特性的完整概述。将对正在组装的探测器模块发表一些评论，并最终概述一些计划。
2013-11-15 hep-ex physics.ins-det
New Method for Silicon Sensor Charge Calibration Using Compton Scattering
为了应对对撞机实验中预期的寿命增加的辐射损伤，硅传感器变得越来越薄。为了实现足够的检测效率，下一代检测器可能必须以低于1000个电子-空穴对的阈值操作。连接到这些传感器的读出芯片应该被校准到一些已知的外部电荷，但在这种电荷状态下缺乏传统的来源。提出了一种基于康普顿散射的绝对电荷标定方法。在过去，这种方法已被用于校准的放大器，但据我们所知，从来没有硅探测器。在这里，它已被研究使用150微米厚的平面硅传感器上的RD 53 A读出集成电路。
2020-08-26 hep-ex physics.ins-det
Challenges for Silicon Pixel Sensors at the European XFEL
硅像素传感器在欧洲XFEL的主要挑战的系统的实验研究。X射线的高瞬时密度和XFEL脉冲的高重复率会导致等离子体效应引起的信号失真和严重的辐射损伤。确定了X射线辐射损伤的主要参数，并研究了它们对p+n传感器的影响。这些研究形成了在欧洲XFEL实验的像素传感器的优化设计的基础。
2012-12-20 hep-ex physics.ins-det
Fast calculation of capacitances in silicon sensors with 3D and 2D numerical solutions of the Laplace's equation and comparison with experimental data and TCAD simulations
我们已经开发了一个软件，用于快速计算平面硅像素和条形传感器中的电容，基于拉普拉斯方程的三维和二维数值解。二维计算的有效性进行了检查与多几何硅条检测器（MSSD）上的电容测量。通过与来自文献的像素传感器电容测量进行比较来测试3D计算。在这两种情况下，拉普拉斯方程的结果进行了比较，从TCAD Sentaurus套件获得的模拟。所开发的软件是一个有用的工具，用于快速估计的interstrip，interpixel和背板电容，节省计算时间，作为一个第一近似之前，使用更复杂的平台，更准确的结果，如果需要的话。
2020-10-14 hep-ex physics.ins-det
Performance of Edgeless Silicon Pixel Sensors on p-type substrate for the ATLAS High-Luminosity Upgrade
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于n-on-p硅技术具有抗辐射性和成本效益，因此它是实现大面积配备像素传感器的有希望的候选技术。本文报道了FBK-CMM生产的新型n-on-p无边缘平面像素传感器的性能，该传感器利用有源沟槽来减少器件外围的死区。在讨论了传感器技术之后，将给出第一束测试结果的概述。
2016-09-07 hep-ex physics.ins-det
A Strained Silicon Cold Electron Bolometer using Schottky Contacts
我们描述了应变硅冷电子测辐射热计（CEB）的光学特性，工作在一个$350~\mathrm{mK}$阶段，设计用于吸收毫米波辐射。硅冷电子测辐射热计利用超导体和n++掺杂硅岛之间的肖特基接触来检测硅中载流子的温度变化，这是由于吸收辐射的变化引起的。通过使用应变硅作为吸收体，我们降低了器件中的电子-声子耦合，提高了对输入功率的响应率。应变硅吸收体耦合到设计成耦合到$160~\mathrm{GHz}$并用作超导触点的平面铝双槽天线。从测量的光学响应度和光谱响应，我们计算的最大光学效率的$50~\%$的辐射耦合到设备的平面天线和整体噪声等效功率（NEP），称为吸收的光功率，当检测器通过$4~\mathrm{K}$吞吐量限制孔径观察$300~\mathrm{K}$源的$1.1 \times 10^{-16}~\mathrm{\mbox{W Hz}^{-1/2}}$。即使该光学系统没有被优化，我们测量$6~\mathrm{\mbox{mK Hz}^{-1/2}}$的系统噪声等效温差（NETD）。我们测量的设备使用的时间流数据的互相关测量同时与两个结型场效应晶体管（JFET）放大器，与基础相关的噪声电平$300~\mathrm{\mbox{pV Hz}^{-1/2}}$，并发现总噪声是一致的光子噪声，电流散粒噪声散粒噪声和电子-声子热噪声的组合。
2014-07-31 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Evaluation of Planar Silicon Pixel Sensors with the RD53A Readout Chip for the Phase-2 Upgrade of the CMS Inner Tracker
为CMS内径迹探测器第二阶段升级，评估了RD53A芯片读出的平面像素传感器，在辐照前后均展现出优异的空间分辨率和超过99%的击中效率，满足HL-LHC要求。
2023-09-01 hep-ex physics.ins-det
