Observation, modeling, and temperature dependence of doubly peaked electric fields in irradiated silicon pixel sensors
我们表明，双峰电场是必要的，以描述掠角电荷收集测量的辐照硅像素传感器。基于两个电荷状态相反的缺陷能级和载流子的俘获的辐照硅模型可以被调整，以产生在0.5 × 10 ^{14} Neq/cm ^2至5.9 × 10 ^{14} Neq/cm ^2的通量范围内测量的电荷收集分布的良好描述。该模型正确地预测了温度从-10 ℃变化到-25 ℃时曲线的变化。所测量的电荷收集分布与基于均匀有效掺杂密度的通常描述所预测的线性变化的电场不一致。这一观察结果对使用有效掺杂密度来表征辐照硅的做法提出了质疑。
2006-01-05 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
Extraction of electric field in heavily irradiated silicon pixel sensors
提出了一种提取高辐照硅像素传感器本体电场的新方法。它是基于测量的洛伦兹偏转和迁移率的电子作为深度的函数。测量是在CERN H2光束线处进行的，其中光束相对于像素传感器表面成浅角度。提取的电场用于模拟像素传感器中的电荷收集和洛伦兹偏转。模拟的电荷收集和洛伦兹偏转是在良好的协议与非辐照和辐照高达1 E15 neq/cm 2传感器的测量。
2005-06-25 physics.ins-det
A double junction model of irradiated silicon pixel sensors for LHC
在本文中，我们讨论了在辐照硅像素传感器的电荷收集的测量和详细的模拟比较。模拟实现了一个模型的辐射损伤，包括两个缺陷的水平与相反的电荷状态和捕获的载流子。建模证明，由两个缺陷水平产生的双峰电场是必要的，以描述的数据，并排除基于受体缺陷均匀分布在整个传感器块的描述。此外，通过比较在几个注量和偏置电压下的测量和模拟分布，建立了陷阱浓度对注量的依赖关系。
2005-06-30 hep-ex 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
Performance of n-in-p pixel detectors irradiated at fluences up to 5x10**15 neq/cm**2 for the future ATLAS upgrades
我们提出了新的n-in-p平面像素探测器，设计用于未来升级的ATLAS像素系统的表征的结果。由于其辐射硬度和成本效益，n-in-p硅器件是替代n-in-n传感器的有希望的候选者，其允许扩大用像素检测器进行仪表化的区域。这里介绍的n-in-p模块由CiS生产的像素传感器组成，通过凸点键合连接到ATLAS读出芯片FE-I3。这些设备的表征已经进行了与ATLAS像素读出系统，TurboDAQ和USBPIX，之前和之后用25 MeV的质子和中子高达5x 10 **15 neq /cm 2的通量照射。用放射源进行的电荷收集测量证明了采用这种探测器达到这些粒子注量的可行性。收集的电荷已被测量为超过FE-I3阈值的两倍的任何注量，调谐到3200 e。还介绍了在CERN-SPS上用120 GeV π介子进行束流测试的第一批结果，证明了辐照前的高跟踪效率和以10**15 neq /cm 2辐照的器件的高收集电荷。这项工作是在RD 50协作的框架内进行的。
2012-02-29 hep-ex physics.ins-det
Signal height in silicon pixel detectors irradiated with pions and protons
像素探测器用于大型强子对撞机（LHC）多用途实验的最里面部分，因此暴露在电离辐射的最高通量下，这部分探测器主要由带电π介子组成。探测器的辐射硬度已经过彻底测试，达到了LHC预期的能量密度。在大型强子对撞机升级的情况下，注量将高得多，目前还不清楚目前的像素技术可以使用哪些半径。为了建立这样的限制，一个CMS像素读出芯片（PSI46V2.1）大小的像素传感器已经被凸点键合，并在PSI下用高达6 E14 Neq/cm ^2的正π介子和高达5E 15 Neq/cm ^2的质子进行辐照。传感器取自CMS桶像素检测器的生产晶片。他们使用n型DOFZ材料，电阻约为3.7kOhm cm，n侧读出。由于硅传感器的性能受到捕获的限制，因此研究了对Sr-90源的响应。高能β粒子代表了最小电离粒子的良好近似。偏置依赖性的信号在很宽的能量密度范围内。
2009-01-22 hep-ex physics.ins-det
Functional characterization of irradiated 3D-DDTC pixel sensor prototypes fabricated at FBK
在本文中，我们讨论了三维双面双型列（3D-DDTC）的像素传感器在FBK（特伦托，意大利）和面向ATLAS升级的相关结果。
2011-12-10 physics.ins-det
Lorentz shift measurements in heavily irradiated silicon detectors in high magnetic fields
外部磁场对硅条传感器内部的漂移电荷施加洛伦兹力，从而移动收集的电荷的簇位置。该位移可能与洛伦兹角有关，在4 T的磁场中，洛伦兹角通常对于空穴为几度，对于电子为几十度。洛伦兹角取决于传感器内部的磁场、电场和温度。在这项研究中，研究了能量密度高达10^16 n/cm ^2的辐射敏感性。用波长为670 nm或1070 nm的红外激光束照射硅传感器的背面，在高达8 T的磁场中工作，通过诱导电离来测量洛伦兹位移。对于空穴，位移作为辐射的函数增加，而对于电子，它减少，甚至改变符号。事实上，辐照传感器的电子的洛伦兹位移小于空穴，在非辐照传感器中的观察结果相反，可以定性地解释由辐照传感器中的电场的结构。
2010-05-20 physics.ins-det
Characterization of irradiated RD53A pixel modules with passive CMOS sensors
我们正在研究使用CMOS代工厂制造硅探测器的可行性，无论是像素和大面积条形传感器。多层布线的可用性将提供优化传感器几何形状和性能的自由度，其中多晶硅层中的偏置结构和MIM电容器允许AC耦合。LFoundry最近采用150 $\,$ nm CMOS工艺完成了条带测试结构和RD 53 A兼容像素传感器的原型生产。本文将集中在辐照和非辐照像素模块，由CMOS无源传感器互连到RD53A芯片的表征。传感器被设计成在DC耦合器件的情况下具有$25\times100\,μ\mathrm{m}^2$的像素单元，并且在AC耦合器件的情况下具有$50\times50\,μ\mathrm{m}^2$的像素单元。他们的性能方面的电荷收集，位置分辨率和命中效率进行了研究，在实验室中进行的测量和束流测试。对带有LFoundry硅传感器的RD 53 A模块进行辐照，辐照通量高达$1.0\times10^{16}\,\frac{\mathrm{n}_\mathrm{eq}}{\mathrm{cm}^2}$。
2022-03-21 physics.ins-det
Simulation of Heavily Irradiated Silicon Pixel Detectors
我们表明，双峰电场是必要的，以描述掠角电荷收集测量的辐照硅像素传感器。基于两个电荷状态相反的缺陷能级和载流子的俘获的辐照硅模型可以被调整，以产生在0.5 × 10 ^{14} Neq/cm ^2至5.9 × 10 ^{14} Neq/cm ^2的通量范围内测量的电荷收集分布的良好描述。该模型正确地预测了温度从-10 ℃变化到-25 ℃时曲线的变化。所测量的电荷收集分布与基于均匀有效掺杂密度的通常描述所预测的线性变化的电场不一致。这一观察结果对使用有效掺杂密度来表征辐照硅的做法提出了质疑。该模型现在被用于校准CMS的像素命中重建算法。
2006-05-24 physics.ins-det
Characterisation of Gamma-irradiated MCz-Silicon Detectors with a High-$K$ Negative Oxide as Field Insulator
大型强子对撞机（LHC）实验中紧凑型μ子Solenid（CMS）探测器中的跟踪器的高亮度操作要求开发硅基传感器。这涉及到交流耦合到微尺度像素传感器区域的实现，以提供增强的辐射感应漏电流的隔离。本研究的动机是开发具有负氧化物（例如氧化铝- Al $_2$ O $_3$和氧化铪- HfO $_2$）作为场绝缘体的AC像素传感器，所述场绝缘体具有良好的介电强度并提供抗辐射性。采用原子层沉积法（ALD）制备了Al $_2$ O $_3$和HfO $_2$薄膜作为电容耦合介质。基于MOS电容器中使用的介电材料的比较研究表明HfO $_2$是更好的候选材料，因为它对伽马辐照的负电荷积累提供了更高的灵敏度（其中，术语灵敏度定义为平带电压与剂量的变化之比）。此外，对于在高电阻率p型磁性直拉硅（MCz-Si）衬底上处理的传感器观察到空间电荷符号反转，所述衬底用高达1 MGy的剂量的伽马射线照射。高伽马辐照AC耦合像素传感器的像素间电阻值表明，作为场绝缘体的高$K$负氧化物在像素之间提供了良好的电隔离。
2022-11-19 hep-ex physics.ins-det
Performance of irradiated thin n-in-p planar pixel sensors for the ATLAS Inner Tracker upgrade
ATLAS合作将用新的全硅像素和条带系统取代其跟踪探测器。这将允许应对在LHC加速器复合体（HL-LHC）的亮度增加5倍后预期的更高辐射和占用水平。在新的跟踪检测器（ITk）中，具有增加的粒度的像素模块将实现以保持具有更高轨道密度的占用。此外，构成混合模块的传感器和读出芯片将采用相对于本像素检测器的更多抗辐射技术来生产。由于它们在抗辐射方面的出色性能，薄n-in-p传感器是有希望的候选者，可以用于新像素系统的一部分。将介绍最近生产和开发的新设计传感器。为了在互连到芯片之前测试传感器，已经实施了穿通偏置结构。它的设计已经过优化，以减少可能观察到的跟踪效率损失。辐照后，它们是由穿通偏置结构引起的。设计与ATLAS FE-I4芯片兼容的传感器，其像素尺寸为50 × 250 $\mathrmμ$ m $^{2}$，细分为30 × 30 $\mathrmμ$ m $^{2}$尺寸的较小像素植入物，以研究HL-LHC预见的50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元的性能。利用束流测试和瞬态电流技术获得了50 × 250和50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元在效率、电荷收集和电场特性方面的传感器性能的结果。
2017-09-25 hep-ex physics.ins-det
Simulation and hit reconstruction of irradiated pixel sensors for the CMS experiment
本文通过对像素传感器辐照损伤的详细仿真，研究了辐射损伤对位置确定的影响，并对命中重建算法进行了优化。模拟实现了一个模型的辐射损伤，包括两个缺陷的水平与相反的电荷状态和捕获的载流子。模拟结果表明，当辐照能量密度为$5.9\times10^{14}$ n $_{\rm{eq}}/$ cm $^2$时，沿CMS $r-ϕ$平面的位置分辨率低于15 $μ$ m。此外，我们表明，在位置确定的系统误差可以大大减少通过应用$η$校正。
2005-12-05 physics.ins-det
Studies of irradiated AMS H35 CMOS detectors for the ATLAS tracker upgrade
基于HV-CMOS技术的硅探测器正在被研究作为高亮度LHC的ATLAS像素探测器外层的可能候选者。在此框架下，H35 Demo ASIC采用350 nm AMS技术（H35）生产。H35 Demo芯片具有大面积（$18.49 \times 24.40 \, \mathrm{mm^2}$），包括四种不同的像素矩阵和三种测试结构。本文利用边缘TCT技术研究了测试结构的抗辐射性能，特别是耗尽区随注量的变化。从不同的衬底电阻率的芯片上的测试结构的测量显示为非辐照和辐照器件高达$2 \cdot 10^{15} \, \mathrm{1\,MeV\, n_{eq} / cm^{2}}$的累积能量密度。
2017-01-09 hep-ex physics.ins-det
Fluence Dependence of Charge Collection of irradiated Pixel Sensors
CMS像素探测器的桶区将配备“n中n”型硅传感器。它们在DOFZ材料上进行加工，使用缓和p喷雾技术并具有偏置网格。后者导致像素区域的一小部分对颗粒不太敏感。为了量化这种低效率，已经将照射到$4.7\times 10^{13}$和$2.6\times 10^{15} \Neq$之间的粒子注量的原型像素传感器凸块接合到未照射的读出芯片，并在CERN SPS的H2束线处使用高能π介子进行测试。读出芯片允许非零抑制模拟读出，因此非常适合测量传感器的电荷收集特性。在本文中，我们讨论了收集的信号和粒子探测效率的注量依赖性。进一步的位置依赖性的效率进行了研究。
2005-01-04 physics.ins-det
Characterization of proton irradiated 3D-DDTC pixel sensor prototypes fabricated at FBK
在本文中，我们讨论了三维双面双型列（3D-DDTC）的像素传感器在FBK（特伦托，意大利）和面向ATLAS升级的相关结果。这些传感器的一些组件具有不同的柱状电极配置（每像素2，3，或4列），并耦合到ATLAS FEI 3读出芯片进行了照射，以大质子注量和放射源在实验室中进行测试。尽管非优化的柱状电极重叠，传感器表现出相当好的电荷收集性能高达2 × 10**15 neq/cm 2的辐照能量密度，同时需要在100 V的顺序的偏置电压。传感器操作进一步研究通过TCAD模拟，它可以有效地解释负责辐照后的电荷损失的基本机制。
2012-03-19 physics.ins-det
Beam Test Studies of 3D Pixel Sensors Irradiated Non-Uniformly for the ATLAS Forward Physics Detector
具有穿透硅衬底的圆柱形电极的像素检测器（所谓的3D检测器）在辐射硬度方面提供优于标准平面传感器的优点，因为电极距离与体厚度解耦。近年来，3D传感器的开发取得了重大进展，最终在CNM（西班牙巴塞罗那）和FBK（意大利特伦托）进行的ATLAS可插入B层（IBL）升级的传感器生产达到了高潮。基于这一成功，ATLAS Forward Physics（AFP）实验选择了3D像素传感器技术作为跟踪探测器。AFP项目提出了一个新的挑战，因为需要减少与IBL有关的死区，以及传感器中辐射剂量分布的不均匀性。本文介绍了第一个AFP原型的电气特性和3D像素器件非均匀辐照的束流测试研究。
2015-04-21 physics.ins-det
Testbeam analysis of biasing structures for irradiated hybrid pixel detectors
本文通过测试束实验研究辐照后基于RD53A芯片的混合像素探测器，发现穿通偏置结构会导致局部效率降低，但所有器件在400 V偏压下仍满足97%效率要求。
2024-08-02 hep-ex physics.ins-det
Considerations on time resolution of neutron irradiated single pixel 3D structures at fuences up to $10^{17}$ n$_{eq}$/cm$^{2}$ using 120 GeV SPS pion beams
本文利用120 GeV SPS π束流测试高至$10^{17}$ n$_{eq}$/cm²辐照的单像素3D硅器件，比较几何与工艺对时间分辨率、效率及均匀性的影响。
2024-03-04 hep-ex physics.ins-det
Testbeam results of irradiated ams H18 HV-CMOS pixel sensor prototypes
HV-CMOS像素传感器是LHC ATLAS实验跟踪器升级的一个很有前途的选择，也是未来其他大面积跟踪应用的一个很有前途的选择。我们展示了采用艾迈斯半导体H18 HV-CMOS工艺生产的$4^{\mathrm{th}}$代电容耦合像素探测器（CCPDv 4）的测试束表征结果，这些探测器采用不同粒子（反应堆中子和18 MeV质子）进行辐照，辐照通量介于$1\cdot 10^{14}$和$5\cdot 10^{15}$ 1-MeV-n $_\textrm{eq}$ /cm $^2$之间。传感器被粘到ATLAS FE-I4像素读出芯片上，并使用FE-I4光束望远镜在CERN SPS H8光束线上进行测量。所有注量的结果都是非常令人鼓舞的，对于$85\,$ V的偏置电压，所有命中效率都优于97%。照射到注量为$1\cdot 10^{15}$ n $_\textrm{eq}$ /cm $^2$的样品-对于大体积的升级跟踪器的相关值-表现出99.7%的平均命中效率。这些结果为HV-CMOS传感器的辐射耐受性及其作为实验性HL-LHC升级和未来高辐射环境中大面积硅基跟踪探测器的传感器的适用性提供了强有力的证据。
2017-11-28 physics.ins-det
Results on Proton-Irradiated 3D Pixel Sensors Interconnected to RD53A Readout ASIC
测试光束的结果与三维像素传感器凸点键合到RD 53 A原型读出ASIC的报告。FBK（意大利）和IMB-CNM（西班牙）的传感器在质子辐照前后进行了测试，质子辐照的当量通量约为$1$ $\times$ $10^{16}$ $\text{n}_{\text{eq}}$ cm $^{-2}$（1 MeV当量中子）。这是第一次将单个收集电极细间距3D传感器照射到这样的注量凸点结合到细间距ASIC。对所收集数据的初步分析表明，在高能质子辐照后，所测试传感器的命中检测效率没有下降，这证明了3D像素传感器具有优异的辐射耐受性。因此，它们将是HL-LHC实验最内层极端辐射环境的优秀候选者。
2019-08-29 physics.ins-det
Performance of neutron and proton irradiated AC-LGAD sensors
本文表征了中子和质子辐照至不同注量的条状和像素AC-LGAD传感器，服务于EIC的ePIC探测器TOF层研发，评估其性能以应对实验寿命期内的辐照环境。
2025-03-24 hep-ex physics.ins-det
Characterization of Thin Pixel Sensor Modules Interconnected with SLID Technology Irradiated to a Fluence of 2$\cdot 10^{15}$\,n$_{\mathrm{eq}}$/cm$^2$
提出了一种用于未来ATLAS像素探测器升级的新模块概念，其中薄的n-in-p硅传感器连接到前端芯片，利用新型固液互扩散技术（SLID），并通过前端蚀刻的芯片间通孔（ICV）读取信号。这应该可以作为ATLAS升级的未来四边可对接像素组件的原理证明，而不需要目前芯片中用于引线键合的悬臂。由Fraunhofer EMFT开发的SLID互连是标准凸点连接的可能替代方案。它的特点是一个非常薄的共晶铜锡合金，并允许堆叠不同层的芯片上的第一个，而不会破坏预先存在的债券。这为垂直整合技术铺平了道路。讨论了通过SLID互连的第一像素模块以及照射到$2\cdot10^{15}$ \、\neqcm{}的一个样品的表征结果。此外，开始将ICV蚀刻到前端晶片中。ICV将用于通过前端芯片垂直路由信号，到达背面新创建的焊盘。在EMFT方法中，芯片晶片被减薄到（50- 60）μ m，$μ$ μ m。
2011-12-23 physics.ins-det
Charge collection properties in an irradiated pixel sensor built in a thick-film HV-SOI process
HV-CMOS传感器在升级的LHC（HL-LHC）的ATLAS实验中用作跟踪探测器的研究最近一直是一个活跃的研究领域。内置在绝缘体上硅（SOI）技术的像素探测器的潜在候选人已经在辐射硬度TID（总电离剂量）和电荷收集后，中度中子照射的特点。在这篇文章中，我们提出了一个广泛的辐照硬度的研究结果，中子高达1x 10 e16 neq/cm 2的注量。采用边缘瞬态电流技术（E-TCT）测量了无源像素化结构中的电荷收集。发现有效空间电荷浓度的演变符合受主去除模型，在5 × 10 e14 neq/cm 2之后达到空间电荷浓度的最小值。探测器响应的像素内均匀性的调查揭示了SOI设计的外延硅层特性的寄生电荷收集。结果得到了支持的电荷收集在一个等效的探测器布局的数值模拟。
2017-10-26 physics.ins-det
Radiation tolerance of FPCCD vertex detector for the ILC
精细像素CCD（FPCCD）是ILC顶点检测器的候选传感器技术之一。顶点探测器位于相互作用点附近，因此需要高的辐射耐受性。辐射损伤在CCD像素中形成陷阱，降低了CCD的电荷传输效率。我们测量了中子辐照FPCCD原型的电荷转移效率（CTI）。我们观察到的CTI的降解相比，非辐照CCD。为了提高辐照CCD的CTI，我们采用了零电荷注入填充陷阱。在本文中，我们报告了CTI改进的现状。
2017-03-16 hep-ex physics.ins-det
Recent progress of the ATLAS Planar Pixel Sensor R&D Project
预计LHC的亮度升级（到2021年峰值亮度增加5-10倍）对ATLAS跟踪器在高亮度时代（HL-LHC）的技术构成了严重的限制。事实上，这种亮度增加导致跟踪检测器的占用和辐射损坏增加。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS平面像素传感器研发项目由17个研究所和80多名科学家组成。研究的主要领域是在最高通量的平面像素传感器的性能，探索降低成本的可能性，使仪器的大面积，实现超薄或积极的边缘设计，以提供低几何效率低，而不需要叠瓦的模块和调查的操作高度辐照传感器在低阈值，以提高效率。在下文中，我将介绍该小组的结果，主要涉及辐照设备的性能，以及对新传感器的研究，包括详细的模拟。
2011-09-27 hep-ex physics.ins-det
Investigation of thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade
鉴于大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度升级计划于2023-2025年左右开始，ATLAS实验将更换内部探测器。更高的亮度意味着更高的辐射水平，因此需要更高的辐射硬度，特别是在像素系统的内层。n-in-p硅技术是一个很有前途的候选人，仪器这一地区，也由于其成本效益，因为它只需要一个单面处理，而不是目前在LHC实验中采用的n-in-n像素技术。此外，薄的传感器被发现，以确保在高通量的辐射硬度。概述了最近的结果，没有照射和照射的n-in-p平面像素模块。重点将放在最近在ADVCAM生产的有源厚度为100和150 um的n-in-p平面像素传感器上。为了最大化传感器的有效面积，实现了纤细和有效的边缘。这些模块的性能进行了调查，在梁测试和边缘效率的结果将显示。
2016-11-28 hep-ex physics.ins-det
Position resolution with 25 um pitch pixel sensors before and after irradiation
像素化硅探测器是在对撞机实验中实现精确跟踪和顶点的最先进技术，旨在精确测量高速率和辐射环境中入射粒子的命中位置。对于高亮度LHC的操作来说，探测器的要求变得非常苛刻，其中多达200个相互作用将在感兴趣的过程之上的同一束交叉中重叠。此外，对于3000 fb^-1的积分亮度，在离束流3.0 cm处的注量预计可达2.3 × 10^16 cm^-2 1 MeV中子当量。在过去的几十年中，像素间距不断减少，以应付实验的需要，实现更高的位置分辨率和保持低像素占用每通道。空间分辨率随着像素尺寸的减小而提高，但随着辐射损伤而降低。因此，用于HL-LHC实验升级的原型传感器模块需要在辐照后进行测试。本文描述了CMS第2阶段升级中100 × 25 um^2像素平面原型传感器的位置分辨率测量。它回顾的位置分辨率的入射粒子的轨迹和传感器之间的相对倾斜角，由读出芯片施加的电荷阈值，和偏置电压的依赖关系。一个精确的设置与三个平行的平面的传感器已被用来调查的性能的传感器辐照通量高达F_eq = 3.6 10^15 cm-2。测量用5 GeV电子束进行。在电荷共享的最佳角度下，未辐照传感器的空间分辨率为3.2 ± 0.1 μ m。对于质子辐照传感器（F_eq = 2.1 × 10^15 cm ^-2）和中子辐照传感器（F_eq = 3.6 × 10^15 cm^-2），分辨率为5.0 +/- 0.2 um。
2021-07-09 physics.ins-det
Type inversion in irradiated silicon: a half truth
电荷收集测量上进行了严重照射的p-喷雾dofz像素传感器与掠射角强子束提供了一个灵敏的测定内的检测器的电场。的数据进行了比较与一个完整的电荷传输模拟的传感器，其中包括信号捕获和电荷感应效应。线性变化的电场的基础上，一个恒定的类型反转的有效掺杂密度的标准图片是不一致的数据。在ISE TCAD软件中实现的双阱双结模型可以被调整以产生双峰电场，其在两个不同的注量下合理地描述数据。模拟的磁场与先前基于瞬态电流技术的测定略有不同。该模型还可以解释在数据中观察到的信号捕获水平。
2004-09-13 hep-ex physics.ins-det
A measurement of Lorentz Angle of radiation-hard Pixel Sensors
为满足大型强子对撞机要求而开发的硅像素探测器在欧洲核子研究中心的ATLAS合作框架下进行了光束测试。讨论了辐照和未辐照传感器在磁场中的实验行为。给出了这些传感器在不同工作条件下洛仑兹角的测量结果。本文提出了一个计算辐照前后硅中电荷漂移的简单模型。模型预测和实验结果之间的良好协议。
2000-12-20 physics.ins-det
Charge collection properties of irradiated depleted CMOS pixel test structures
介绍了在初始电阻率超过3 k $Ω$ cm的p型衬底上采用LFoundry 150 nm CMOS工艺制造的无源测试结构的边缘TCT和电荷收集测量。在用高达2 $\cdot$ 10 $^{15}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$的反应堆中子辐照之前和之后进行测量。研究了两组器件：未减薄的（700 $μ$ m），其衬底通过顶部的注入物偏置;减薄的（200 $μ$ m），其背板经过处理和金属化。耗尽深度用Edge-TCT估计，收集的电荷用$^{90}$ Sr源使用具有25 ns成形时间的外部放大器测量。耗尽深度在给定的偏置电压随着中子注量的增加而减小，但在最高注量后，在250 V时仍然大于70 $μ$ m。在辐照后，用具有经处理的背板的减薄的检测器测量到高得多的收集电荷，尽管用Edge-TCT观察到相同的耗尽深度。在照射到2 $\cdot$ 10 $^{15}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$后，也测量了超过5000个电子的收集电荷的最可能值。这足以确保这些探测器在升级后的HL-LHC的ATLAS实验中在像素探测器的外层成功运行。
2018-01-22 physics.ins-det
Sensor Simulation and position calibration for the CMS pixel detector
在本文中，详细的模拟辐照像素传感器被用来研究辐射损伤的电荷共享和位置确定的影响。模拟实现了一个模型的辐射损伤，包括两个缺陷的水平与相反的电荷状态和捕获的载流子。我们表明，从模拟中提取的电荷共享函数可以参数化为像素间位置的函数，并用于提高位置确定。对于辐照到Φ =5.9x10^14 n/cm^2的传感器，校准后可以实现低于15 um的位置分辨率。
2006-03-23 physics.ins-det
Testbeam results of irradiated SiGe BiCMOS monolithic silicon pixel detector without internal gain layer
本研究对MONOLITH项目的SiGe BiCMOS单片硅像素ASIC原型开展辐照试验与束流测试，测量了不同偏压下探测效率、时间分辨率随质子注量的变化，验证了提升偏压可改善辐照后器件性能。
2024-06-21 physics.ins-det
Characterisation of novel thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS Inner Tracker upgrade
鉴于大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度阶段将于2026年左右开始运行，ATLAS实验的跟踪系统的重大升级正在筹备中。预计中子当量注量可达2.4 * 1 e16 1 MeV neq./在像素检测器的最内层处的cm 2构成了最严峻的挑战。由于其低材料预算和高电荷收集效率照射后，薄平面像素传感器制成的模块是有前途的候选人，这些层的仪器。为了优化传感器布局以减小50 * 50 μm2的像素单元尺寸，正在进行TCAD器件模拟以研究照射前后的电荷收集效率。此外，厚度为100-150 μm的传感器与FE-I4读出芯片互连，该芯片采用上一代像素单元尺寸为50 * 250 μm2，并在CERN-SPS和DESY设施中使用测试光束进行了表征。各种设计的传感器的性能，辐照通量高达1 * 1 e16 neq./ cm 2，在电荷收集和命中效率方面进行比较。在HL-LHC的寿命期间，可以预见两个最里面的像素层的替换。更换需要几个月的干预，在此期间，其余的探测器模块无法冷却。将它们保持在室温下，从而引起退火。辐照模块的性能将用试验束运动和在较高温度下加速退火的方法进行研究。
2018-01-09 hep-ex physics.ins-det
Design and performance of the silicon sensors for the CMS barrel pixel detector
大型强子对撞机的CMS实验包括一个混合硅像素探测器，用于重建带电轨道和相互作用顶点。筒区由n中n型传感器组成，其单元尺寸为100 × 150 μ m^2，在扩散氧化的浮区硅上加工。偏置网格的实施和像素隔离实现与缓和的p-喷雾技术。在CERN SPS的H2束线上进行了广泛的测试计划。在本文中，我们描述了传感器的布局，光束测试设置和辐照和非辐照原型设备所获得的结果。给出了电荷收集、命中探测效率、洛伦兹角和空间分辨率的测量结果。
2007-02-12 physics.ins-det
Planar Pixel Sensors for the ATLAS tracker upgrade at HL-LHC
ATLAS平面像素传感器研发项目是17个研究所和80多名科学家的合作项目。他们的目标是探索高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）跟踪器升级的平面像素传感器的操作。本文总结了n-in-n和n-in-p像素传感器与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片凸点键合的辐射研究成果。摘要包括放射源测试结果和从测试束测量中提取的跟踪效率。${2\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$和${1\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$（$1 \text{MeV}$中子当量）辐照的n-in-n和n-in-p模块的分析结果证实了平面像素传感器的操作用于未来应用。
2012-06-15 hep-ex physics.ins-det
Radiation hardness of CMS pixel barrel modules
像素探测器用于LHC多用途实验的最里面部分，因此暴露于电离辐射的最高通量，在这部分探测器中主要由带电π介子组成。所有探测器组件的辐射硬度都经过了彻底的测试，达到了LHC预期的通量。在LHC升级的情况下，通量将更高，目前还不清楚目前的像素模块将在如此恶劣的环境中保持工作多久。这项研究的目的是确定这样一个极限，作为考虑升级的其他可能探测器概念的基准。由于传感器和读出芯片是对辐射损伤最敏感的部分，由凸块键合到CMS读出芯片（PSI46V2.1）的小像素传感器组成的样品已经用PSI高达6 E14 Neq的正200 MeV π介子和CERN高达5E 15 Neq的21 GeV质子辐照。在辐照后，测量系统对来自Sr-90源的β粒子的响应以验证传感器的电荷收集效率。还测量了读出芯片中的辐射诱导的变化。结果表明，在2.8E15 Neq的通量之后，可以预期本像素模块仍然可以操作。辐照至5E 15 Neq的样品仍可见β粒子。然而，需要进一步的测试来确认在如此高的注量之后是否可能以高的粒子探测效率稳定地操作。
2010-01-05 hep-ex physics.ins-det
3D silicon pixel detectors for the ATLAS Forward Physics experiment
ATLAS Forward Physics（AFP）项目计划在距离相互作用点约210米处安装3D硅像素探测器，并非常接近光束线（2-3 mm）。这意味着对于面向光束的传感器侧需要约100-200 $μ$ m宽的薄边缘，以使死区最小化。另一个挑战是像素传感器的预期不均匀照射。我们研究了ATLAS Insertable B-Layer产品中略微修改的FE-I4 3D像素传感器是否能够满足这些要求。AFP兼容的超薄边缘获得了一个简单的金刚石锯切。进行了电气特性和束流测试，没有观察到对漏电流和命中效率的不利影响。对于没有3D保护环的设备的剩余的不敏感的边缘小于15 $μ$ m的宽度被发现。此外，3D探测器的非均匀照射高达几个10 $^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^2$与聚焦的23 GeV质子束或23 MeV质子束通过Al掩模中的孔。在辐照区的效率被发现是类似的一个在非辐照区，并超过97%的情况下，有利的芯片参数设置。仅在Al掩模中的孔的边缘处的窄过渡区域中，看到显著较低的效率。通过泄漏电流的位置分辨剂量测定使用小垫二极管阵列的这种效果进行了后续研究。
2015-01-09 physics.ins-det
First study of small-cell 3D Silicon Pixel Detectors for the High Luminosity LHC
介绍了在IMB-CNM使用双面n-on-p 3D技术制造的单元尺寸为50 μm x 50 μm的3D像素传感器的研究。将传感器凸点键合到ROC 4SENS读出芯片。第一次在这样一个小间距的混合组装，在5.6 GeV电子的测试束的电离辐射的传感器响应进行了研究。非辐照传感器的结果，包括效率，电荷共享，信号噪声，和分辨率为不同的入射角。
2018-06-04 hep-ex physics.ins-det
Characteristics of Non-Irradiated and Irradiated Double SOI Integration Type Sensor
我们正在开发基于0.2 $μ$ m全耗尽绝缘体上硅（SOI）技术的单片像素传感器，用于HEP实验应用。总电离剂量（TID）效应是高能物理实验在硬辐射环境中应用的主要问题。为了补偿TID损伤，我们引入了一种双SOI结构，它具有一个中间硅层（SOI 2层）。研究了集成型双SOI传感器的$\mathrm{^{60}Co}~γ$引起的TID损伤的恢复及其它特性。当我们对SOI 2层施加负电压时，经100 kGy辐照的双SOI传感器显示出与未辐照传感器类似的对IR激光的响应。我们的结论是，双SOI传感器是辐射硬，足以用于在恶劣的辐射环境，如贝尔II或ILC的HEP实验。
2015-07-20 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
Investigation of modified ATLAS pixel implantations after irradiation with neutrons
ATLAS实验跟踪探测器的最里面部分主要由平面n $^+$ -in-n硅像素传感器组成。在0期升级期间，可插入B层（IBL）安装在最靠近束流管的位置。其像素以具有矩形形状的n个$^+$注入的$250\,μ$ m $\,\times\,50\,μ$ m的间距布置。基于这种设计，多特蒙德开发了改进的像素设计。这些新像素设计中的六个被布置在十列的结构中，并且被放置在一个传感器上的具有标准设计的结构旁边。由于特殊的保护环设计，每个结构都可以单独供电和研究。这些传感器中的几个被凸块键合到FE-I4读出芯片。其中一个模块用反应堆中子辐照，通量高达$5 \times 10^{15} \, n_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$。这一贡献提出了重要的传感器特性，电荷收集确定与放射源和命中效率的测量，在实验室和测试束，这个辐照设备。结果表明，新的修改后的设计执行类似或更好的IBL标准设计的电荷收集和跟踪效率方面，在一个稍微增加的漏电流的成本。
2018-08-20 physics.ins-det
Radiation damage caused by cold neutrons in boron doped CMOS active pixel sensors
CMOS单片有源像素传感器（MAPS）被认为是带电粒子跟踪领域的新兴技术。它们将被用于像STAR，CBM和ALICE实验的顶点检测器，并被考虑用于ILC和ATLAS的跟踪器。在这些应用中，传感器暴露于相当大的辐射剂量。虽然MAPS对电离辐射和快强子的耐受性是众所周知的，但迄今为止还没有研究过低能中子引起的损伤。这些慢中子可以引发在MAPS的掺B硅活性介质中发现的$^{10}$ B掺杂剂的核裂变。这种效应预计会产生未知量的辐射损伤，超出纯硅的NIEL（非电离能量损失）模型的预测。我们通过计算这种裂变产生的额外NIEL来估计这种效应的影响。此外，我们显示了第一次测量数据的CMOS传感器，用冷中子照射。经验结果与更新的NIEL模型的预测相矛盾，定性和定量：用慢中子照射的传感器显示出意想不到的和强的受体去除，这是没有观察到的传感器用MeV中子照射。
2017-06-08 physics.ins-det
Measurements of Spatial Resolution of ATLAS Pixel Detectors
在光束中测试了为ATLAS实验开发的标准和辐照硅像素探测器。数字和模拟的分辨率进行了确定比较的位置测量的微带望远镜和像素检测器。数字分辨率为10 μ m，模拟分辨率为6 μ m（照射前）和10 μ m（照射后），而不减去由望远镜确定的位置上的误差。
2000-12-19 physics.ins-det
TCAD simulations of pixel sensors for the ATLAS ITk upgrade and performance of annealed planar pixel modules
为了使大型强子对撞机的高亮度阶段在2026年左右开始运行，ATLAS内部跟踪器（ITk）的重大升级正在准备中。由于其低功耗和高电荷收集效率照射后，薄平面像素模块是仪器的基本选择，除了最内层的像素检测器。为了优化像素单元尺寸为$50\times50\,μm^2$的传感器布局，正在进行TCAD模拟。电荷收集效率，电子噪声和电场特性进行了研究。在TCAD模拟中采用辐射损伤模型来估计辐照前后的性能。使用辐照通量高达5 $\times10^{15}\,$ n $_\text{eq}$ /cm $^2$的传感器，估计维护期间ITk像素探测器在室温下储存时间的影响。$100-150\,μm$厚度的像素传感器，与像素尺寸为$50\times250\,μm^2$的FE-I4读出芯片互连，使用CERN SPS和DESY的测试光束设施进行表征。在室温下退火长达一年的电荷收集和命中效率进行了比较。
2018-10-24 hep-ex physics.ins-det
Mapping the in-plane electric field inside irradiated diodes
ATLAS探测器第二阶段升级的一个重要方面是用ATLAS内部跟踪器（ITk）替换当前的内部探测器。ATLAS ITk是一种全硅探测器，由像素跟踪器和条带跟踪器组成。ITk条带跟踪器的传感器已经开发出来，以承受欧洲核子研究中心大型强子对撞机高亮度升级后ATLAS探测器中的高辐射环境，这将显着增加粒子碰撞和产生粒子轨迹的速率。在ATLAS探测器中运行期间，ITk条带跟踪器的传感器预计会累积高达1.6 x 10^15 n_eq/cm ^2的注量（包括安全系数1.5），这将显著影响其性能。高辐射传感器的一个感兴趣的特性是其有效区域内的电场的形状和均匀性。对于本文所示的结果，具有与全尺寸ATLAS传感器相似的边缘结构的二极管被辐照至与ATLAS ITk条带跟踪器中的通量相当的通量，并且使用微聚焦X射线束（束直径2 × 3 μm^2）绘制其电场。这项研究表明，在一个范围内的偏置电压的高度辐照二极管内的电场的延伸和形状。此外，耗尽的传感器区域的轮廓的测量允许将针对不同注量的测量的漏电流与针对对应的有源区域的期望进行比较。
2021-03-29 hep-ex physics.ins-det
Charged particle detection performances of CMOS pixel sensors produced in a 0.18 um process with a high resistivity epitaxial layer
欧洲核子研究中心的ALICE实验设备将在2017/18年LHC（LS 2）第二次长时间关闭期间进行升级。这次升级的一个主要动机是将魅力粒子和美丽粒子的物理范围扩展到低横动量。这就要求大大提高ALICE内部跟踪系统（ITS）的空间分辨率和数据速率能力。为了实现这一目标，新的ITS将配备50 um薄CMOS像素传感器（CPS），覆盖探测器的最内层3层或所有7层。IPHC（斯特拉斯堡）为ITS升级开发的CPS源自RHIC为STAR-PXL实现的MIMOSA 28传感器，采用0.35 um CMOS工艺。为了满足ITS在读出速度和辐射耐受性方面的升级要求，应开发具有减小的特征尺寸和高电阻率外延层的CMOS工艺。在这方面，借助首款原型芯片MIMOSA 32，研究了TowerJazz 0. 18 um CMOS工艺的带电粒子探测性能和抗辐射性。在CERN-SPS用120 GeV/c的负π介子进行的束测试允许测量未照射芯片的信噪比（SNR），其范围在22和32之间，取决于像素设计。当冷却剂温度从15 ℃变化到30 ℃时，观察到用1兆拉德和10^13 n_eq/cm ^2的组合剂量辐照的芯片产生的SNR在11和23之间。测量这些SNR值，导致照射前后粒子探测效率分别高于99.5%和98%。这些令人满意的结果允许验证TowerJazz 0.18 um CMOS工艺的ALICE ITS升级。
2013-03-07 hep-ex 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
Achievements of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
在HL-LHC升级的框架内，ATLAS实验计划引入一个全硅内部跟踪器来应对升高的占用率。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS平面像素传感器研发项目（PPS）由19个研究所和90多名科学家组成。本文概述了该研究和开发项目，并突出了成果，其中包括：平面传感器束流测试结果达到最内层注量（> 10^16 n_eq cm ^2）;用辐照过的薄无边n-in-p像素组件获得的测量结果; SCP技术的最新研究是通过基于划线对已经存在的传感器进行后处理来获得几乎有效的边缘，劈裂和边缘钝化;大面积的原型工作的更新：传感器设计的改进和低成本杂交的概念;二次离子质谱结果和TCAD模拟之间的比较。总之，这些结果允许评估国家的最先进的辐射硬位置敏感跟踪探测器适合大面积的仪器。
2014-11-20 hep-ex physics.ins-det
Characterization of Novel Thin N-in-P Planar Pixel Modules for the ATLAS Inner Tracker Upgrade
ATLAS实验将对跟踪器系统进行重大升级，考虑到LHC（HL-LHC）的高光度阶段将于2026年开始运行。像素检测器的最内层将面临最严峻的挑战，其将必须承受高达$1.4\times10^{16}\,$ n $_\text{eq}$ /cm $^{2}$的辐射通量。薄平面像素模块是有希望的候选人，仪器这些层，由于小的材料预算和高的电荷收集效率照射后。厚度为$100-200\,μ$ m的传感器与FE-I4读出芯片互连，其特征在于具有放射源以及CERN SPS和DESY的测试束。在电荷收集和命中效率方面，比较了被照射到高达$5\times 10^{15}\,$ n $_\text{eq}$ /cm $^{2}$的能量密度的传感器的性能。高度分段的传感器是在HL-LHC的像素系统的前向区域中的跟踪的一个挑战。为了在高伪快速性下再现$50$ x $50\,μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角（$80^\circ$）下的射束测试中在照射之前和之后研究FE-I4兼容平面像素传感器。将显示聚类形状和命中效率的结果。
2016-12-05 hep-ex physics.ins-det
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
Measurement of the relative response of TowerJazz Mini-MALTA CMOS prototypes at Diamond Light Source
本文概述了在微型MALTA原型辐射损伤的影响的调查结果。使用微焦点X射线束在金刚石光源处进行测量，该微焦点X射线束以2个$\mathrm{μm}$步骤扫描整个器械表面。这使得可以直接测量像素内光子响应并具有高统计数据。考虑了三种像素设计变化：一种具有标准连续$\mathrm{n^-}$层布局和前端，以及具有修改的前端的超深p阱和$\mathrm{n^-}$间隙设计。测量了五个芯片：一个未辐照，一个中子辐照，三个质子辐照。
2019-10-02 physics.ins-det
Tests of silicon sensors for the CMS pixel detector
CMS实验的跟踪系统，目前正在欧洲核子研究中心（瑞士日内瓦）的大型强子对撞机（LHC）建设中，将包括一个硅像素探测器，在其最终配置中提供三个空间测量，用于高能pp碰撞产生的轨道。在本文中，我们提出了在欧洲核子研究中心进行的辐照硅像素传感器的测试束测量的结果。洛伦兹角和电荷收集效率测量两个传感器的设计，并在各种偏置电压。
2003-11-11 physics.ins-det
