DMAPS: a fully depleted monolithic active pixel sensor - analog performance characterization
自20世纪90年代后期以来，已经基于具有薄外延层（厚度为10-15 $μ$ m）的硅衬底开发了单片有源像素传感器（MAPS），其中电荷被收集在电极上，尽管是通过无序和缓慢的扩散，而不是通过定向电场中的漂移。因此，信号很小（$\approx$ 1000 e $^-$），并且辐射耐受性远低于LHC要求的100至1000倍。在本文中，我们提出了一个完全耗尽的单片有源像素传感器（DMAPS）的基础上，允许创建一个完全耗尽的检测体积的高电阻率基板的发展。该概念克服了标准MAPS设计中通过扩散进行电荷收集的固有限制。我们目前的测试芯片EPCB 01设计在一个商业150 nm CMOS技术的结果。该技术提供了一个薄（50 $μ$ m）的高电阻率n型硅衬底，以及一个额外的深p阱，允许在像素内集成完整的CMOS电路。已经实现了具有若干变型的收集电极的不同矩阵类型。将介绍DMAPS像素的第一个实现的模拟性能的测量。
2014-07-02 hep-ex physics.ins-det
Study of prototypes of LFoundry active and monolithic CMOS pixels sensors for the ATLAS detector
大型强子对撞机的高能粒子物理实验使用混合硅探测器，在像素和条带几何形状，为他们的内部跟踪器。这些探测器已被证明是非常可靠和性能。尽管如此，人们对耗尽型CMOS硅探测器的发展有很大的兴趣，这种探测器可以以较低的生产成本和复杂性实现类似的性能。我们目前的ATLAS CMOS演示项目的框架内，这项技术的最新发展。特别是，LFoundry的两个有源传感器，CCPD_LF和LFCPIX，以及第一个完全单片原型MONOPIX的研究将被显示。
2017-10-18 hep-ex physics.ins-det
Monolithic Pixels R&D at LBNL
本文报道了LBNL正在进行的ILC顶点跟踪器单片像素研发的最新结果。
2007-10-01 physics.ins-det
A Tracker for the Mu3e Experiment based on High-Voltage Monolithic Active Pixel Sensors
Mu 3e实验寻找轻子味违反衰变mu+ -> e+e-e+，目标是分支分数灵敏度为10^-16。这就要求对低能电子有极好的动量分辨率、高速率能力和大的接受度。为了最小化多重散射，材料的量必须尽可能小。这些挑战可以通过由高压单片有源像素传感器（HV-MAPS）构建的跟踪器来应对，该传感器可以减薄至50 μ m，并且在传感器芯片上集成了完整的读出电子器件。为了进一步减少材料，传感器由25 μ m厚的Kapton箔制成的机械结构支撑，并用气态氦冷却。
2013-09-30 hep-ex physics.ins-det
A Study of Monolithic CMOS Pixel Sensors Back-thinning and their Application for a Pixel Beam Telescope
本文报告了详细的研究结果的电荷收集和信号噪声性能的CMOS单片像素传感器之前和之后的背面细化和他们的应用程序中的像素光束望远镜的ALS 1.5 GeV的$e^-$束测试设备。
2006-11-08 physics.ins-det
Characterisation of AMS H35 HV-CMOS monolithic active pixel sensor prototypes for HEP applications
采用高压CMOS（HV-CMOS）技术生产的单片有源像素传感器由于易于生产和降低成本而被考虑用于高能物理应用。当涉及大面积覆盖和材料预算时，这种技术特别有吸引力。这是HL-LHC未来ATLAS跟踪探测器的最外层像素层的情况。对于强子对撞机的实验，辐射硬度是一个关键的要求，这是不符合标准的CMOS传感器设计，收集电荷的扩散。这个问题已经通过耗尽型有源像素传感器来解决，其中电子器件被嵌入到大的深注入中，确保通过漂移进行均匀的电荷收集。混合耗尽有源像素传感器的第一个小型原型已经显示出与ATLAS要求兼容的辐射硬度。然而，为了与当前的混合解决方案竞争，期望通过完全单片设计可实现的成本的进一步降低。H35 DEMO是一款采用AMS 350 nm HV-CMOS技术生产的大电极全掩模演示芯片，由卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）、高等能源研究所（IFAE）、利物浦大学和日内瓦大学合作生产。它包括两个大的单片像素矩阵，可以独立操作。这两个矩阵之一已被表征在束流测试之前和之后的质子和中子照射。结果表明，在HV-CMOS工艺生产抗辐射的大面积全单片像素传感器的可行性。用中子辐照的衬底电阻率为200 $Ω$ cm的H35 DEMO芯片显示出高达$10^{15}$ n $_{eq}$ cm $^{-2}$的能量密度的辐射硬度，命中效率约为99%，并且在150 V下，在25 ns的LHC聚束穿越中，噪声占用低于…
2019-01-30 hep-ex physics.ins-det
CLICTD: A monolithic HR-CMOS sensor chip for the CLIC silicon tracker
CLIC Tracker Detector（CLICTD）是一款单片像素化传感器芯片，采用$180$ nm成像CMOS工艺，构建在高电阻率外延层上。在CLIC跟踪检测器研究的背景下设计的芯片包括${16\times128}$伸长像素的矩阵，每个像素测量${300\times30}$ $μ$ m $^2$。为了确保及时收集电荷，每个细长像素被分割成八个子像素，每个子像素包含一个收集二极管和一个单独的模拟前端。在像素上数字逻辑中执行具有$10$ ns时间仓的同时$8$位时间测量和具有可编程范围的$5$位能量测量。的主要设计方面，以及从实验室测量与CLICTD芯片的第一个结果。
2020-04-06 hep-ex physics.ins-det
Initial performance assessment and calibration techniques of the production monolithic silicon pixel detector ASIC for the detection of electromagnetic showers of TeV energy in the FASER experiment at the LHC
FASER 实验开发了 W-Si 预簇射探测器以区分 TeV 量级紧密光子对，对基于 130 nm SiGe BiCMOS 技术的生产型单片硅像素 ASIC 的测试表明其核心组件运行正常，并提出了两种利用 ADC 值重建电荷的校准方法。
2024-09-26 hep-ex physics.ins-det
A Monolithic Pixel Sensor in 0.15 micron Fully Depleted SOI Technology
这封信介绍了一种采用冲电气0.15微米全耗尽SOI技术的10x10微米^2像素单片像素传感器的设计及其特性的初步结果。在LBNL ALS的1.35 GeV电子束上研究了芯片对带电粒子的响应。
2007-09-26 physics.ins-det
A Monolithic active pixel sensor for ionizing radiation using a 180nm HV-SOI process
提出了一种基于厚膜高压SOI（HV-SOI）技术的改进型SOI-MAPS（Silicon On Insulator Monolithic Active Pixel Sensor）电离辐射传感器。类似于现有的基于全耗尽SOI（FD-SOI）的MAPS，掩埋氧化硅间电介质（BOX）层用于将CMOS电子器件与用作耗尽电荷收集层的处理晶片分离。FD-SOI MAPS遭受辐射损伤，例如由于氧化物层中的电荷陷阱和氧化硅边界处产生的电荷状态（背栅效应）而导致的晶体管阈值电压偏移。X-FAB 180 nm HV-SOI技术通过BOX层和有源电路之间的深非耗尽注入提供了额外的隔离，从而缓解了这一问题。因此，我们在这项技术中看到了实现具有快速电荷收集特性的耐辐射MAPS的高潜力。第一个原型的设计和测量结果，包括中子辐照样品中的电荷收集。
2015-02-23 hep-ex physics.ins-det
Monolithic CMOS Pixel R&D for the ILC at LBNL
LBNL已经开始了一项用于ILC的单片CMOS像素传感器的研发计划。该计划与CMOS像素传感器的其他研发活动具有显著的协同效应。回顾了研发计划第一学期后的项目活动。
2005-08-19 physics.ins-det
Characterisation of novel prototypes of monolithic HV-CMOS pixel detectors for high energy physics experiments
计划于2024年对ATLAS实验进行升级，用于LHC的高亮度阶段，并预计将用完全由硅器件制成的新内部跟踪器（ITk）取代现有的内部探测器（ID）。耗尽的有源像素传感器与高电压CMOS（HV-CMOS）技术构建的调查作为一个选项，以覆盖大面积的像素检测器的最外层，是特别感兴趣的单片器件的发展，这将降低生产成本和材料预算相对于本混合组件。为此，H35 DEMO是一款大面积HV-CMOS演示芯片，由KIT、IFAE和利物浦大学设计，并采用AMS 350 nm CMOS技术生产。它由四个像素矩阵和额外的测试结构。两个矩阵包括放大器和放大器级，因此被设计为作为单片检测器操作。在这些装置中，信号主要由通过施加100 V量级的偏置电压获得的小耗尽体积中的电荷漂移产生。此外，为了增强芯片的辐射硬度，该技术允许将电子器件封装在也用作收集电极的相同深N阱中。在这方面的贡献的H35 DEMO芯片的特性和结果的第一束测试测量的单片CMOS矩阵与高能量π介子在欧洲核子研究中心SPS将提交。
2017-05-15 hep-ex physics.ins-det
Mini-MALTA: Radiation hard pixel designs for small-electrode monolithic CMOS sensors for the High Luminosity LHC
耗尽单片有源像素传感器（DMAPS）原型开发的TowerJazz 180 nm CMOS成像过程中已被设计的ATLAS升级第二阶段在HL-LHC的背景下。像素传感器的特征在于小收集电极（3 $μ$ m）以使电容最小化、小像素尺寸（$36.4\times 36.4$ $μ$ m），并且在高电阻率外延p型硅上制造。该设计的目标辐射硬度为$1\times10^{15}$ 1 MeV n $_{eq}$ /cm $^{2}$，与ATLAS ITK Pixel探测器的最外层兼容。本文介绍了从粒子束测试的Mini-MALTA原型，实现了掩模的变化或额外的植入，以解决像素边缘的效率低下的表征结果。结果显示在剂量为$1\times10^{15}$ 1 MeV n $_{eq}$ /cm $^{2}$后完全有效。
2019-12-14 hep-ex physics.ins-det
Development of CMOS monolithic pixel sensors with in-pixel correlated double sampling and fast readout
本文介绍了一种用于带电粒子探测的CMOS有源像素芯片的设计和详细的测试结果，该芯片具有像素内电荷存储功能，可在高达25 MHz的频率下以卷帘快门模式进行相关双采样和读出。该探测器是在未来e+e线性对撞机的顶点跟踪器的研发框架内开发的。
2008-11-12 physics.ins-det
Effect and suppression of parasitic surface damage in neutron irradiated CMOS Monolithic Active Pixel Sensors
CMOS单片有源像素传感器（MAPS）被选为STAR、CBM和升级版ALICE-ITS的顶点探测器的传感器技术。它们也构成了未来电子对撞机跟踪装置的一个有价值的选择。这些应用需要对电离辐射和非电离辐射都具有相当大的耐受性。为了实现辐射耐受性的集中优化，通过使用纯电离辐射（例如软X射线）或可用的最纯非电离辐射源（例如反应堆中子）照射器械来测试原型。在第二种情况下，通常假设在中子束中发现的寄生$γ$射线的影响可以忽略不计。我们通过用$γ$ -射线照射MAPS并将产生的辐射损伤与中子照射传感器中的辐射损伤进行比较来验证这一假设。我们认为，寄生辐射剂量可能会造成不可忽视的辐射损伤。基于这些结果，我们提出了一个程序来识别和抑制相关的寄生电离辐射损伤的影响。
2016-07-26 hep-ex physics.ins-det
Development of CMOS monolithic pixel sensors with in-pixel correlated double sampling and fast readout for the ILC
本文介绍了一种用于带电粒子探测的CMOS有源像素芯片的设计和详细的测试结果，该芯片具有像素内电荷存储功能，可在高达25 MHz的频率下以卷帘快门模式进行相关双采样和读出。该探测器是在国际直线对撞机顶点跟踪器的研发框架内开发的。
2007-12-17 physics.ins-det
Charge collection parameterization of MALTA2, a depleted monolithic active pixel sensor
Humboldt University of Berlin（柏林洪堡大学）；Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院）；University of Oxford（牛津大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Stony Brook University（石溪大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；Ankara University（安卡拉大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本文提出了一种快速模拟方法，用于 depleted monolithic active pixel sensor，通过数据驱动的电荷收集和传播参数化，为无法获取工艺细节的传感器提供高效替代方案，实现了高精度的像素效率模拟。
2026-02-26 hep-ex physics.ins-det
Impact of the circuit layout on the charge collection in a monolithic pixel sensor
针对单片像素传感器中电路布局导致电荷收集效率非对称下降的问题，提出结合TCAD、蒙特卡洛和电路仿真的模拟程序，成功重现测量结果，并将该效应归因于电路布局产生的低幅势阱引起缓慢电荷收集及弹道亏损。
2025-03-27 hep-ex physics.ins-det
First results of a Monolithic Active Pixel Sensor with Internal Signal Gain Fully Integrated in a 180 nm CMOS Technology
CERN（欧洲核子研究中心）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）
CASSIA传感器利用180nm CMOS工艺实现内部信号放大，首次展示其在低增益和高增益模式下的性能
2026-03-06 hep-ex physics.ins-det
Development of novel low-mass module concepts based on MALTA monolithic pixel sensors
本文基于MALTA单片像素传感器开发新型低质量模块，采用ACF和纳米线互连及17 μm间距轻质柔性电路板实现紧凑封装，并演示了4芯片模块经单芯片读出的能力。
2023-03-10 hep-ex physics.ins-det
Radiation Tolerance of CMOS Monolithic Active Pixel Sensors with Self-Biased Pixels
CMOS单片有源像素传感器（MAPS）被提出作为核物理和粒子物理中各种顶点探测器的技术。我们讨论了电离辐射对无死时间的MAPS（即所谓的自偏置像素）的损伤机制。此外，我们还讨论了辐射硬化传感器设计，该设计允许在将探测器暴露于1 Mrad以上的辐射剂量后操作探测器
2009-08-28 nucl-ex physics.ins-det
Development of Integration-Type Silicon-On-Insulator Monolithic Pixel Detectors by Using a Float Zone Silicon
在本文中，我们描述了单片像素探测器的发展，通过使用硅绝缘体（SOI）技术的X射线和带电粒子的应用。探测器基于0.2 μ mCMOS全耗尽SOI工艺（Lapis Semiconductor Co.，有限公司）。SOI晶片由用于传感的厚的高电阻率衬底和用于CMOS电路的薄的低电阻率Si层组成。我们开发了集成型SOI像素探测器INTPIX 4，主要用于X射线成像;它由浮区（FZ）或直拉（Cz）硅片制成。自2005年以来，Cz SOI探测器首次使用。2011年后，FZ SOI探测器成功制造。本文叙述了用FZ硅制作SOI单片像素探测器的最新进展和测试结果，并与用CZ硅制作的结果进行了比较。
2018-04-10 physics.ins-det
Monolithic Pixel Sensors in Deep-Submicron SOI Technology with Analog and Digital Pixels
本文介绍了一个原型单片像素传感器的设计和测试结果，在深亚微米全耗尽绝缘体上硅（SOI）CMOS工艺制造。在SOI技术中，集成电子器件的薄层通过掩埋氧化物与（高电阻率）硅衬底绝缘。蚀刻穿过氧化物的通孔允许从电子层接触衬底，使得可以创建像素注入并且可以施加反向偏置。原型芯片采用OKI 0.15微米SOI工艺制造，具有10微米间距的模拟和数字像素。红外激光和1.35 GeV的电子和电离和非电离剂量的影响的第一次评估进行的测试结果进行了讨论。
2008-11-27 physics.ins-det
A 50 ps resolution monolithic active pixel sensor without internal gain in SiGe BiCMOS technology
采用IHP Mikroelektronik的SG 13 G2 130 nm SiGe BiCMOS技术生产了专为高时间分辨率设计的单片像素化硅探测器。该概念验证芯片包含65 μm和130 μm边的六边形像素。所实现的SiGe前端电子器件分别为70和220 fF的像素电容提供90和160个电子的等效噪声电荷，并且总时间步行小于1 ns。实验室测量与90锶源显示的时间分辨率为50 ps的顺序。这一结果与集成雪崩增益机制的硅技术具有竞争力。
2019-08-26 physics.ins-det
Investigation of the in-pixel response of the Mupix11 monolithic pixel sensor using a microfocus X-ray beam at Diamond Light Source
University of Heidelberg（海德堡大学）；University of Oxford（牛津大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）
研究Mupix11单片像素传感器在微焦点X射线束下的像素内响应，验证其在高电压下的均匀检测性能及无反向偏压时的亚像素位置依赖性。
2026-04-27 physics.ins-det
Pixel Detectors for Charged Particles
像素探测器，作为当前最内层顶点探测的技术选择，已经达到了一个阶段，在这个阶段，大型探测器已经建立了LHC实验和一个新的时代的发展，无论是混合和单片或半单片像素探测器正在全面展开。这在很大程度上是由超级大型强子对撞机升级方案的要求和计划首次使用单片像素探测器的其他对撞机实验所驱动的。本文综述了当前粒子跟踪和顶点检测的像素探测器的发展，包括超级LHC的混合像素探测器及其在辐射和速率方面的挑战，以及单片的所谓有源像素探测器，包括RHIC和superBelle的MAPS和DEPFET像素。
2008-11-27 physics.ins-det
The CLICTD Monolithic CMOS Sensor
CLICTD是一种单片硅像素传感器，采用改进的180 nm CMOS成像工艺制造，具有小收集电极设计和高电阻率外延层。它具有创新的亚像素分割方案，并针对快速电荷收集和高空间分辨率进行了优化。该传感器是针对未来紧凑型直线对撞机（CLIC）的跟踪探测器的要求而开发的。最值得注意的是，需要几纳秒的时间分辨率和低于7微米的空间分辨率。在这方面的贡献，在光束测试中测得的传感器性能的重点是最近的研究，使用组件具有不同的厚度（下至50微米，以尽量减少材料预算）和倾斜的粒子轨道。
2020-11-18 hep-ex physics.ins-det
RD50-MPW3: A fully monolithic digital CMOS sensor for future tracking detectors
CERN-RD 50 CMOS工作组开发了RD 50-MW系列单片高压CMOS像素传感器，可用于未来的高亮度实验，如HL-LHC和FCC-hh。在这方面的贡献，在这个系列，RD 50-MPW 3，最新的原型设计。概述了它的像素矩阵和数字读出外围，讨论了在芯片中实现的新结构和它们旨在解决的问题。传感器的主要模拟和数字功能已经过测试，并提出了芯片的初步实验室表征。
2023-01-17 hep-ex physics.ins-det
Charge calibration of MALTA2, a radiation hard depleted monolithic active pixel sensor
本文针对MALTA2 DMAPS传感器提出一种利用Fe-55源和电荷注入电路将探测阈值精确校准到单位电子的方法，并发现实际注入电容与设计值偏差12%，建议对每个传感器分别校准。
2025-01-23 hep-ex physics.ins-det
CMOS Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) for future vertex detectors
本文综述了用于未来顶点检测器的CMOS单片有源像素传感器（MAPS）的发展。MAPS采用标准CMOS技术开发。在该技术首次应用的成像领域，它们也被称为CMOS图像传感器。使用MAPS作为粒子物理学的探测器是在1999年底首次提出的。从那时起，它们在空间分辨率，效率，辐射硬度方面的良好性能已经得到证明，现在正在努力提供第一个基于MAPS的顶点探测器。
2006-05-29 physics.ins-det
Monolithic Pixel Sensors in Deep-Submicron SOI Technology
用于带电粒子探测和成像应用的单片像素传感器已经使用可商购的深亚微米绝缘体上硅（SOI）工艺来设计和制造，该工艺通过掩埋氧化物将集成全CMOS电子器件的薄层与高电阻率衬底绝缘。通过在掩埋氧化物中蚀刻的通孔从电子层接触衬底，从而允许像素注入和反向偏置。本文总结了OKI 0.15微米FD-SOI工艺制造的第一个原型所实现的性能，其特征在于10微米间距的模拟和数字像素。在OKI 0.20微米FD-SOI工艺制造的第二个原型的模拟部分的设计和初步结果进行了简要讨论。
2009-03-18 physics.ins-det
A Low Power Monolithic Active Pixel Sensor Prototype for the STCF Inner Tracker
针对STCF内部径迹仪对低材料预算和高读出速度的需求，本文提出采用大尺寸MAPS传感器降低功耗，设计了180nm工艺原型芯片，实现50ns精度的ToA/ToT读出，仿真显示全尺寸芯片功耗约55.7 mW/cm2。
2025-06-02 hep-ex physics.ins-det
Irradiation study of a fully monolithic HV-CMOS pixel sensor design in AMS 180 nm
基于180 nm HV-CMOS工艺的高压单片有源像素传感器（HV-MAPS）已经被提出来实现薄、快速和高度集成的像素传感器。MuPix 7原型采用商业AMS H18工艺制造，具有完全集成的片上读出功能，即命中数字化、零抑制和数据序列化。这是第一款经过测试可用于HL-LHC等高辐射环境的全单片HV-CMOS像素传感器。我们目前的结果从实验室和测试束测量MuPix 7原型照射中子（高达$5.0\cdot10^{15}{\,\rm{n}_{\rm{eq}}/cm^2}$）和质子（高达$7.8\cdot 10^{15} \,\rm{protons}/cm^2$），并比较与非辐照传感器的性能。在噪声率低于200 Hz/像素时，测量的有效性远高于90%.一个时间分辨率优于22纳秒测量所有测试的设置和传感器，即使在最高的辐照注量。数据传输速率为1.25 Gbit/s，片内PLL保持完整功能。
2018-06-05 physics.ins-det
Efficiency and time resolution of monolithic silicon pixel detectors in SiGe BiCMOS technology
采用IHP公司的SiGe BiCMOS SG 13 G2 130 nm节点工艺，研制了单片硅像素探测器样机。ASIC包含间距约为100 $μ$ m的六边形像素矩阵。三个模拟像素在实验室用放射源进行了校准，并在CERN SPS的180 GeV/c π介子束线中进行了测试。在150 $μ$ A的最高偏置电流工作点和160 V的传感器偏置电压下测量$\left(99.9^{+0.1}_{-0.2}\right)$ %的检测效率以及$(36.4 \pm 0.8)$ ps的时间分辨率。ASIC还在较低的偏置电压和偏置电流下表征。
2022-01-21 physics.ins-det
MuPix7 - A fast monolithic HV-CMOS pixel chip for Mu3e
MuPix 7芯片是单片HV-CMOS像素芯片，厚度可减薄至50 μm。它提供连续自触发、非快门式读出，速率高达30 Mhits/芯片，有效面积为3x 3 mm^2，像素尺寸为103 x80 μm^2。命中效率取决于所选择的工作点。功耗为300 mW/cm^2的设置允许命中效率> 99.5%。实现了14.2 ns（高斯西格玛）的时间分辨率。显示了2016年测试光束活动的最新结果。
2016-10-10 physics.ins-det
On drift fields in CMOS Monolithic Active Pixel Sensors with point-like collection diodes
- 作者撤回的论文-用于带电粒子跟踪的CMOS单片有源像素传感器被认为是重离子和粒子物理学中许多实验的技术。为了在对非电离辐射的耐受性方面匹配这些应用的要求，正在尝试耗尽传统上非耗尽的硅传感器的敏感体积。我们研究了这种方法的可行性的常见情况下，收集二极管的像素是小的像素间距相比。介绍了一个预测这种点状结的耗尽层厚度和电容的解析方程。我们发现，这个方程的预测定性不同的平PN结和$dC/dU$ -测量通常的结果是不适合测量二极管的耗尽深度与点状几何形状。该方程的预测进行了比较与CMOS传感器，这是进行了一种新的测量协议的耗尽深度的测量。结果表明，该方程与实测结果吻合较好。通过比较我们的研究结果与TCAD模拟，我们发现，精确的模拟模型匹配的经验发现，而简化模型高估耗尽深度显着。这一发现的一个潜在的解释介绍和CMOS传感器的设计的后果进行了讨论。
2016-10-29 hep-ex physics.ins-det
The H2M Monolithic Active Pixel Sensor -- characterizing non-uniform in-pixel response in a 65 nm CMOS imaging technology
本文介绍采用TPSCo 65 nm ISC工艺设计的H2M MAPS测试芯片，验证其功能与噪声性能，并分析由n-well布局、较大像素间距及读出电路导致的非均匀像素内响应。
2025-05-15 physics.ins-det
Test beam measurement of the first prototype of the fast silicon pixel monolithic detector for the TT-PET project
TT-PET合作正在开发一种用于小动物的PET扫描仪，具有30 ps的飞行时间分辨率和亚毫米级3D检测粒度。扫描仪的敏感元件是基于最先进的SiGe BiCMOS技术的单片硅像素检测器。TT-PET的第一个ASIC原型是在实验室中生产和测试的，电离粒子最少。根据模拟，电子器件表现出低于600 e-RMS的等效噪声电荷和小于2 ns的脉冲上升时间。具有0.8pF电容的像素被测量为具有大于99%的检测效率，并且尽管在不存在后处理的情况下，具有大约200 ps的时间分辨率。
2018-02-06 physics.ins-det
Radiation Induced Effects in a Monolithic Active Pixel Sensor : The Mimosa8 Chip
本文研究了单片有源像素传感器芯片（MIMOSA 8）的~（60）Co源电离辐照效应和中子辐照效应。以前的一份报告专门讨论了中子引起的效应。我们表明，由于中子损伤的扩展缺陷改变的像素灰度分布。这主要是由于暗产生电流的增加，由于在传感器的耗尽区中的深陷阱的存在。或者，暴露于电离辐射以更均匀的方式增加了介电常数，这来自于在Si/SiO2界面处产生的界面态，该界面态由氧化物中带正电荷的陷阱的存在补充。传感器的漏电流于是增加。我们讨论的结果，鉴于增加的辐射硬度的MAPS，请记住，这些芯片没有设计与任何rad-tol布局技术。
2008-05-26 physics.ins-det
Pixel Detectors
在过去的十年中，用于高能物理中精确粒子跟踪的像素探测器已经发展到一个成熟的水平。三个大型强子对撞机探测器将使用基于混合像素技术的接近相互作用点的顶点探测器，该技术可以被认为是该仪器领域的最新技术。经过近10年的开发，像素探测器模块可以承受LHC的极端速率和时序要求以及非常恶劣的辐射环境，而不会严重影响性能。从这些发展中衍生出许多不同的应用，最引人注目的是生物医学成像。除了混合像素之外，已经出现了许多单片或半单片开发，其不需要复杂的混合，而是作为单个传感器/IC实体出现，并且目前开发得更成熟。就成熟度而言，最先进的是所谓的CMOS有源像素和DEPFET像素。本文综述了LHC实验中混合像元探测器的结构现状以及一些混合像元探测器的衍生物。此外，还介绍了单片或半单片像素器件的最新进展。
2005-12-05 physics.ins-det
Depleted Fully Monolithic Active CMOS Pixel Sensors (DMAPS) in High Resistivity 150~nm Technology for LHC
耗尽型单片CMOS有源像素传感器（DMAPS）已被开发用于高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）环形LHC装置内跟踪器（ATLAS ITk）像素探测器的外层。使用150 nm CMOS技术在高电阻率（> 2 k $Ω$ $cm^2$）晶片上制造了两个原型。芯片尺寸与当前ATLAS像素探测器读出芯片的尺寸相当。其中一个原型用于详细表征传感器和DMAPS的模拟读数。另一个是一个完全单片DMAPS，包括快速读出数字逻辑，处理所需的命中率。为了在传感器体积内产生强的均匀电场，测试晶片的减薄。用X射线照射原型，总电离剂量（TID）为50 Mrad，用中子照射原型，总电离剂量（TID）为$10^{15}$ $n_{eq}/cm^2$的非电离能量损失（NIEL）。模拟读出电路在TID辐照后保持其性能，并且在NIEL辐照后，在> $10^7$噪声占用下的命中效率高达98.9%。
2018-03-25 physics.ins-det
On the performance of large monolithic LaCl3(Ce) crystals coupled to pixelated silicon photosensors
我们调查的大面积辐射探测器的性能，具有高能量和空间分辨率，旨在开发的总能量探测器与伽马射线成像能力，所谓的i-TED。这一新的发展旨在提高飞行时间中子捕获测量的探测灵敏度，而不是常用的C6 D 6液体闪烁总能量探测器。在这项工作中，我们详细研究了读出光电传感器的能量响应的大面积（5050平方毫米）单片氯化镧（Ce）晶体的影响，特别是当取代传统的单阴极光电倍增管的88像素化的硅光电倍增器。使用最大的商用单片SiPM阵列（25 cm 2），像素尺寸为66 mm 2，我们测量了晶体厚度为10，20和30 mm的平均能量分辨率为3.92% FWHM（662 keV）。其中光学过程和特性都被包括以用于闪烁光子的可靠跟踪。在对MC模型进行实验验证后，我们使用我们的MC代码来探索不同光电传感器分割（像素大小和粒度）对能量分辨率的影响。我们的光学MC模拟预测只有边际恶化的光谱性能为33平方毫米的像素。
2018-01-15 physics.ins-det
Monolithic Active Pixel Sensors on CMOS technologies
对撞机探测器利用硅探测器的分辨率和精度至少有四十年了。未来的对撞机将需要大面积的硅传感器，用于低质量跟踪器和采样量热法。单片有源像素传感器（MAPS），其中硅二极管和读出电路结合在同一个像素，并可以在一些标准的CMOS工艺制造，是一个有前途的技术，为高粒度和光探测器。在本文中，我们审查1）的要求MAPS的跟踪器和电磁量能器（ECal）在未来的对撞机实验，2）正在进行的努力，专用MAPS的电子离子对撞机（EIC）在BNL，EIC硅联盟已经实例化，和3）空间出生的应用MeV $γ$ -射线实验与MAPS为基础的跟踪器（AstroPix）。
2022-03-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The TaichuPix1: A Monolithic Active Pixel Sensor with fast in-pixel readout electronics for the CEPC vertex detector
环形正负电子对撞机（CEPC）的提出，对顶点探测器的高分辨率，低材料，快速读出和低功耗方面提出了新的挑战。单片有源像素传感器（MAPS）技术已被选为最有前途的候选人之一，以满足这些要求。一个MAPS原型，称为TaichuPix 1，基于数据驱动的结构，连同一个列漏读出架构，受益于ALPIDE和FE-I3的方法，已实施，以实现快速读出。本文介绍了TaichuPix 1的总体结构，FE-I3类矩阵的实验表征，阈值分散，像素的噪声分布，并验证了使用放射源的电荷收集。这些结果证明了数字外围设备和串行器的功能能够正确地将收集的电荷传输到数据接口。此外，串行化器的单独自检验证了它可以在高达约3 Gbps的速度下工作。它还表明，模拟前端具有快速上升的信号，具有较短的时间步行和FE-I3样的像素内数字逻辑是正确的工作在40 MHz的系统时钟。
2021-09-09 physics.ins-det
Timing performance of radiation hard MALTA monolithic Pixel sensors
MALTA系列耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）采用塔式180 nm CMOS技术生产，目标是HL-LHC及以后的辐射硬应用。几个工艺修改和前端改进已经导致辐射硬度高达$2 \times 10^{15}~1~\text{MeV}~\text{n}_{eq}/\text{cm}^2$和时间分辨率低于2 ns，具有跨尺寸为$36.4 \times 36.4~μ\text{m}^2$且具有$3~μ\text{m}^2$电极尺寸的像素的均匀电荷收集效率。2021年在高电阻率外延硅和直拉衬底上生产的MALTA 2演示器实现了一种新的级联前端，可降低RTS噪声并具有更高的增益。这篇文章展示了MALTA 2在2021年CERN SPS测试光束活动中纳秒级定时分辨率的结果。
2023-01-31 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Cross talk of a large-scale depleted monolithic active pixel sensor (DMAPS) in 180 nm CMOS technology
本文研究了180 nm CMOS工艺下大规模DMAPS芯片TJ-Monopix2的串扰问题，通过实验室测量和阈值变化分析，评估其在高能物理实验中的高辐射环境下的性能表现。。
2024-02-19 physics.ins-det
Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) in a quadruple well technology for nearly 100% fill factor and full CMOS pixels
在本文中，我们提出了一种新的，四阱工艺开发的现代0.18 μ CMOS技术称为INMAPS。在标准工艺的顶部，我们增加了一个深P注入，可以用来形成一个深P阱，并提供从P掺杂外延层屏蔽N阱。这防止了由不相关的N阱（通常是集成PMOS晶体管的N阱）收集辐射感应电荷。设计了一种专门为粒子物理实验量身定制的传感器，其中每个50 μ像素具有超过150个PMOS和NMOS晶体管。该传感器已被制造的INMAPS过程和第一个实验证据的有效性，这个过程中的电荷收集，显示出显着的效率提高。
2008-07-18 physics.ins-det
Depleted fully monolithic CMOS pixel detectors using a column based readout architecture for the ATLAS Inner Tracker upgrade
耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）利用现代CMOS技术的高电压和/或高电阻率附加来实现感测体积中的实质性耗尽，已被证明在高亮度LHC时代对ATLAS的要求具有高辐射耐受性。具有快速读出架构的耗尽全单片CMOS像素目前正在开发，作为未来ATLAS内部跟踪器的外部像素层的有希望的候选者，该内部跟踪器将在2025年左右的ATLAS第二阶段升级期间安装。在这项工作中，两个DMAPS原型设计，命名为LF-MonoPix和TJ-MonoPix，提出。LF-MonoPix采用LFoundry 150 nm CMOS工艺设计和制作，TJ-MonoPix采用TowerJazz 180 nm CMOS工艺设计。两个芯片采用相同的读出架构，即列漏极架构，而追求不同的传感器实现概念。将描述两个原型的设计。还将显示LF-MonoPix的首次测量结果。
2017-09-29 physics.ins-det
X-ray characterization of BUSARD chip: A HV-SOI monolithic particle detector with pixel sensors under the buried oxide
本文介绍了一种用于电离粒子探测的专用集成电路（ASIC）BUSARD的设计。ASIC是一种单片有源像素传感器，采用高压绝缘体上硅（HV-SOI）工艺制造，该工艺允许在掩埋氧化物（BOX）下方制造掩埋N+扩散作为标准工艺步骤。芯片的第一个版本BUSARD-A利用这种掩埋扩散作为电离粒子传感器。它包括一个13个$\times$ 13像素的小阵列，间距为$80\,μ$ m，每个像素具有一个带有电荷放大器的埋置扩散区，具有偏移调谐和数字处理。探测器具有多种操作模式，包括粒子计数和超阈值时间（ToT）。进行探测器的初始X射线表征，获得若干脉冲高度和ToT谱，然后将其用于执行装置的能量校准。钼$\mathbf{K_α}$发射通过使用模拟脉冲输出测量ENC的标准偏差为$127\,e^{-}$，通过使用ToT数字输出测量ENC的标准偏差为$276\,e^{-}$。ToT模式下的分辨率由像素间的变化决定。
2021-12-06 physics.ins-det
Timing characterization of MALTA and MALTA2 pixel detectors using Micro X-ray source
针对未来高能物理探测器挑战，利用X射线源对MALTA和MALTA2单片像素探测器进行定时表征，测得MALTA2最佳响应时间约2.6纳秒。
2025-09-08 hep-ex physics.ins-det
20 ps Time Resolution with a Fully-Efficient Monolithic Silicon Pixel Detector without Internal Gain Layer
本文提出MONOLITH项目第二款无内部增益层的单片硅像素探测器原型，通过优化传感器与SiGe HBT前端电子学的时间性能，在130 V偏置平台下实现99.8%效率和20 ps时间分辨率。
2023-01-28 physics.ins-det
Characterization of a depleted monolithic pixel sensors in 150 nm CMOS technology for the ATLAS Inner Tracker upgrade
介绍了一种采用LFoundry 150 nm CMOS工艺制造的耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）原型。DMAPS利用现代CMOS技术的高电压和/或高电阻率内含物来实现感测体积中的实质耗尽。所描述的设备名为LF-Monopix，旨在证明一个完全单片传感器的概念，该传感器能够在2025年为高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）升级的ATLAS内部跟踪器的外层环境中运行。与目前使用的混合设计相比，这种类型的装置具有较低的生产成本和较低的材料预算。在这项工作中，芯片架构将被描述之后的不同的前置放大器和前置放大器的风味与外部注入信号和铁源（5.9keV的X射线）的特性。
2018-06-12 physics.ins-det
Test-beam results from MiniCACTUS-v2: A depleted monolithic CMOS timing sensor prototype
Institute for High Energy Physiscs (IFAE) Campus Autonomous University of Barcelona (UAB)（巴塞罗那自治大学高能物理研究所）；Autonomous University of Barcelona (UAB)（巴塞罗那自治大学）；Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA)（加泰罗尼亚研究与高级研究学院）；University of Liverpool（利物浦大学）
MiniCACTUS-v2原型在测试束实验中实现了0.5毫米×0.5毫米像素48.88皮秒的时间分辨率，展示了高精度的单粒子时间标记能力。
2026-02-23 hep-ex physics.ins-det
Pixel Detectors for Tracking and their Spin-off in Imaging Applications
为了在下一代对撞机的高能物理实验中探测靠近相互作用点的带电粒子的轨迹，混合像素探测器构成了探测器技术的当前状态，其中传感器和读出IC是分离的实体。三个LHC探测器以及Tevatron的BTeV探测器将使用基于这种技术的顶点探测器。经过近10年的开发，像素探测器模块可以在LHC的整个寿命期间承受极端的速率和时序要求以及非常恶劣的辐射环境，并且不会严重影响性能。从这些发展中衍生出许多不同的应用，最引人注目的是生物医学成像。除了混合像素之外，在某些方面具有改进性能的许多趋势和可能性已经出现并且目前发展到更成熟。其中有单片或半单片像素检测器，不需要复杂的杂交，但作为单个传感器/IC实体。本文综述了LHC实验和一些成像应用中混合像素探测器的发展现状，总结了单片或半单片像素器件的新趋势。
2004-10-29 physics.ins-det
