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
Gamma Polari-Calorimetry with SOI pixels for proposals at Extreme Light Infrastructure (ELI-NP)
我们介绍了伽玛偏振量热法（GPC）的概念，专门用于罗马尼亚极端光基础设施（ELI-NP）的建议。模拟研究表明，薄SOI像素传感器组件可以满足我们对GPC的要求。
2015-07-22 physics.ins-det
Lapis SOI Pixel Process
0.2μ m全耗尽SOI技术已被开发用于X射线像素探测器。为了提高探测器的性能，一些先进的工艺技术也在不断发展。为了利用高电阻率FZ-SOI，缓慢的斜坡上升和斜坡下降配方被应用于SOI晶片制造和像素探测器工艺中的热工艺。适当的背侧处理也被应用于防止在衬底完全耗尽的情况下背侧损伤层处的漏电流增加。采用大尺寸探测器芯片拼接曝光技术，可以得到宽约66 mm、高约30 mm的大尺寸探测器芯片。为了改善串扰和辐射耐受性，嵌套阱结构和双SOI晶片现在正在研究用于高级像素结构。
2015-11-16 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 study on the shielding mechanisms of SOI pixel detector
为了解决困扰计数型SOI像素多年的电荷注入问题，在LAPIS工艺中，连续开发了两个芯片CPIXTEG 3和CPIXTEG 3b，采用两种屏蔽机制，嵌套阱和双SOI。TCAD模拟显示屏蔽层的高薄层电阻影响屏蔽效能。在CPIXTEG 3/3b中实现了专门设计用于测量与电荷注入相关的串扰的测试结构。测试结果表明，采用屏蔽层对计数型像素是必不可少的，双SOI结构在屏蔽效果和设计灵活性方面优于嵌套阱结构。
2015-08-17 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
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
Characterisation of a Pixel Sensor in 0.20 micron SOI Technology for Charged Particle Tracking
本文介绍了一个像素传感器的特性的OKI 0.2微米SOI技术集成在高电阻率基板上制造的结果，并具有几个像素单元的电荷收集优化布局。该传感器进行了测试，短红外激光脉冲，X射线和200 GeV的π介子。我们报告的结果，电荷收集，粒子探测效率和单点分辨率。
2011-03-04 physics.ins-det
SOI pixel circuits with synchronized TMC for time-of-flight stigmatic imaging mass spectrometry
我们提出了一种用于飞行时间像散成像质谱的SOI像素电路和同步时间存储单元（TMC）。该电路同时检测MALDI-ToF质谱仪的离子的位置和精细/粗略飞行时间。我们讨论的电路设计和提出的原型检测器的模拟结果，包括一个32 × 32像素阵列，其中每个像素间距为40微米，时间分辨率是一个最小的1纳秒。瞬态分析的结果表明，完全正确的同步操作在100 MHz的时钟频率和同时32字SRAM写入。
2015-07-27 physics.ins-det
Development of a Neutron Imaging Sensor using INTPIX4-SOI Pixelated Silicon Devices
我们研制了一种基于INTPIX 4-SOI像素化硅器件的中子成像传感器。在几个中子设施上进行中子辐照试验，以研究传感器对中子的响应。对热中子的探测效率约为$1.5$ \%。空间分辨率的上限被评估为$4.1 \pm 0.2 ~μ$ m的线扩展函数的标准偏差。
2020-06-10 physics.ins-det
Development of high-speed X-ray imaging system for SOI pixel detector
我们正在开发一种新型的利用SOI像素探测器的X射线成像系统。SOI探测器是基于0.2um FD-SOI CMOS工艺的单片辐射成像探测器。还开发了特殊的附加工艺步骤，以产生50~ 500 μ m厚的全耗尽敏感区。SOI探测器的像素高达百万级，因此研制高速数据采集系统对开展实验具有重要意义。我们研制了SOI探测器读出板SEABAS 2（SoiEvolutionBoArdwithSitcp 2）。SEABAS 2板具有16通道65 MSPS ADC、4通道DAC、FPGA和千兆以太网I/F。为了实现DAQ的高吞吐量，我们积极采用并行处理（数据采集和存储），并在软件中实现FIFO缓冲区。在以前的DAQ系统中，INTPIX 4检测器的DAQ吞吐量为6 Hz（41 Mbps），该检测器具有423 kpixels的17 um square。使用新开发的系统，我们可以将此速率提高到90 Hz（613 Mbps）。为了拍摄用于实际目的的X射线图像，例如3D CT，用户必须控制外围设备（移动台、射束快门、监视设备等）。同时拍摄图像。为了方便这种数据采集，我们还实现了外围设备的自动控制功能。介绍了SOI探测器、数据采集系统和实验结果。
2018-03-26 physics.ins-det
A Sensor with Analog and Digital Pixels in 0.15 micron SOI Technology
设计、制造了一种采用深亚微米SOI CMOS工艺的单片像素传感器。该技术对于粒子跟踪和成像中的应用具有重要意义。原型芯片的特点是像素的10微米间距排列在两个模拟部分和一个数字部分与比较器和锁存器集成在每个像素。原型响应已测试与红外激光器和1.35 GeV的电子束从注入助推器在LBNL先进光源提取。还介绍了在LBNL 88英寸回旋加速器上进行的低能质子和中子辐照试验的结果。
2008-07-01 physics.ins-det
Characterisation of a Thin Fully-Depleted SOI Pixel Sensor with Soft X-ray Radiation
本文介绍了一种背照式像素传感器的特性的结果，在绝缘体上硅技术制造的高电阻率基板与软X射线。传感器被减薄，并且在背板上植入薄的磷光体层接触。在LBNL Advanced Light Source上使用荧光辐射评估对2.12至8.6 keV X射线的响应。
2011-11-09 physics.ins-det
Compensation for TID Damage in SOI Pixel Devices
我们正在研究SOI像素器件对未来高能电子束实验的适应性。像素传感器需要在非常恶劣的辐射环境中工作。采用中最具挑战性的问题是TID（总电离剂量）损伤，其中氧化层中捕获的空穴会影响附近晶体管的操作。我们已经引入了第二个SOI层-BOX（掩埋氧化物）层下方的SOI 2-以便通过向该电极施加负电压来抵消由积累的空穴引起的效应来补偿TID效应。本文根据晶体管特性的测量结果，提出了Co γ射线辐照引起的TID效应。在各种偏压条件下进行辐照，以研究空穴累积对电势配置的依赖性。我们还比较了用X射线辐照的样品的数据。由于我们观察到两个辐照数据集之间的一致性，因此在100~ MGy的宽剂量范围内研究了TID效应。
2015-07-21 physics.ins-det
Compensation of radiation damages for SOI pixel detector via tunneling
我们正在开发基于SOI技术的单片像素探测器，用于高能物理，X射线应用等。为了将SOI像素探测器应用于此类辐射环境，辐照后在氧化层中产生和俘获的空穴影响了近场发射特性，因此，必须解决辐照后晶体管的总电离剂量效应问题。由于其正电场，因此通过退火和紫外线辐射来去除用于制造的检测器的捕获的空穴是不现实的，这是由于部件的热阻和处理的困难。我们研究了补偿TID效应的隧道使用高电压。为了减少陷阱空穴，在氧化层下的掩埋p阱中施加高压，将电子注入到氧化层中。
2015-07-14 physics.ins-det
Characterization of SOI pixel sensor using pinned depleted diode structure with AC-coupling on the diode
未来正负电子对撞机的实验对顶点分辨率提出了前所未有的要求，如最内层探测器的单点分辨率要达到3微米左右，读出速度要快，功耗密度和材料预算要非常低。已经在单片硅像素传感器的开发中投入了大量的努力，但是在小像素区域中组合所有这些严格的规格存在一些挑战。本文介绍了一种采用LAPIS 200 nm SOI工艺制作的紧凑型像素传感器原型，重点研究了采用正向偏压和二极管交流耦合新方法的钉扎耗尽二极管结构的传感节点的低电容特性。设计了三种像素尺寸为16微米× 20微米的PDD结构，并使用放射源和注入电荷进行了比较。测试结果表明，所设计的PDD结构具有很低的漏电流和3.5fF左右的等效输入电容。
2021-04-11 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
Characterisation of a Thin Fully Depleted SOI Pixel Sensor with High Momentum Charged Particles
本文介绍了一个薄的，完全耗尽的像素传感器的特性的结果，在SOI技术制造的高电阻率基板与高动量带电粒子。传感器被减薄到70 $μ$ m，并且在背板上注入薄的磷光体层接触。它的响应相比，厚传感器的相同设计的信号和噪声，检测效率和单点分辨率的基础上收集的数据与300 GeV π介子在欧洲核子研究中心SPS。我们观察到，收集的电荷和信噪比规模根据敏感体积的估计厚度和薄化芯片的效率和单点分辨率与厚传感器的测量结果相当。
2012-02-06 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
Precision beam telescope based on SOI pixel sensor technology for electrons in the energy range of sub-GeV to GeV
我们开发了一个光束望远镜系统，包括5层300- $μ$ m厚的INTPIX 4 NA单片像素传感器，每个像素大小为17 $μ$ m平方。传感器采用绝缘体上硅（SOI）技术制造。在偏置电压为20 V时，信噪比为140- 230。使用200- 822 MeV/c的正电子束对跟踪系统进行了测试，并检查了各种跟踪方法，以优化在这些能量下可实现的空间精度。最好的跟踪精度，包括精度的传感器本身的测试是11.04 $\pm$ 0.10 $μ$ m的822 MeV/c的正电子的等距传感器间距为32 mm。所获得的精度结果结合所获得的固有空间分辨率值为一个类似的系统使用120 GeV的质子被用来估计电子的跟踪性能在GeV的能量范围;对于5-GeV电子，估计跟踪精度为2.22 $μ$ m。使用基于Geant 4的仿真验证了估计跟踪性能的方法。开发的高精度跟踪系统，使映射的像素大小为$\mathcal{O}$（10 $μ$ m）的传感器的详细性能，因此将是一个强大的系统，用于开发的设备，目标是精确的位置分辨率。
2022-08-23 physics.ins-det
Test of a fine pitch SOI pixel detector with laser beam
采用SOI（silicon on insulator）技术研制了一种19 × 19 μ m的硅像素探测器，并在红外激光脉冲照射下进行了测试。作为粒子束测试的一种替代方法，激光脉冲被调谐到非常短的持续时间和小的横向轮廓，以模拟硅中的MIP（最小电离粒子）的轨迹。击中集群的大小进行了测量，通过SOI检测器垂直于其表面传播的聚焦激光脉冲和大部分的感应电荷被发现收集在种子像素。首次测量了SOI探测器的信号幅度与外加偏压的关系，加深了对其耗尽特性的理解。
2015-04-15 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
Studies of Vertex Tracking with SOI Pixel Sensors for Future Lepton Colliders
本文提出了一种在高阻衬底上用SOI技术的三层单片像素传感器组成的束流描迹仪进行顶点跟踪的研究。我们研究了在CERN SPS上用150和300 GeV/c的π介子进行的π介子-Cu相互作用中的径迹外推精度、双径迹分离和顶点重建精度。在未来的轻子对撞机的顶点跟踪的背景下，结果进行了讨论。
2012-04-13 hep-ex physics.ins-det
Development of SOI pixel detector in Cracow
介绍了一种基于$200~nm$ SOI CMOS工艺的新型单片SOI像素传感器的设计。所提出的像素探测器的主要应用是光谱学，但它也可以用于粒子物理实验中的最小电离粒子（MIP）跟踪。出于这个原因，开发了几种不同版本的像素单元：基于源极跟随器的像素用于跟踪，具有用于光谱的低噪声像素，以及用于时间和幅度测量的自触发像素。此外，本文还介绍了一种逐次逼近型模数转换器（SARADC）的设计。一个10位SAR ADC被开发用于光谱测量，一个较低分辨率的6位SAR ADC被集成在像素矩阵中作为列ADC，用于跟踪应用。
2015-07-03 hep-ex physics.ins-det
A SOI-Based Low Noise and Wide Dynamic Range Event-Driven Detector for X-Ray Imaging
采用0.2 μ m绝缘体上硅（SOI）技术实现了一种低噪声、宽动态范围的事件驱动探测器，用于探测X射线能量。像素电路分为两部分：信号检测电路和事件检测电路。当X射线能量落入探测器时，激活事件探测电路。像素内增益选择被实现用于小信号和宽频带能量粒子的检测。电荷检测器的kTC噪声消除采用自适应增益和相关双采样（CDS）技术，实现了低噪声、高动态范围的事件驱动检测器。
2015-07-24 physics.ins-det
DAQ Development for Silicon-On-Insulator Pixel detectors
我们正在使用绝缘体上硅（SOI）技术开发硅像素探测器的DAQ。该数据采集卡由SEABAS（Soi Evaluation BoArd with Sitcp）数据采集卡上的固件和PC机上的软件组成。我们一直致力于开发固件/软件。现在，我们完成了加快读出（~ 90 Hz），并添加了帧速率控制功能。这是我们的高速数据采集系统的开发工作的报告。
2015-07-17 physics.ins-det
Radiation Damage Effects on Double-SOI Pixel Sensors for X-ray Astronomy
FORCE卫星上的X射线SOI像素传感器将被放置在低地球轨道上，因此将受到主要由地磁捕获的宇宙射线质子引起的辐射效应。基于先前关于辐射对SOI像素传感器的影响的研究，在氧化层中捕获的正电荷显著地影响传感器的性能。为了提高SOI像素传感器的抗辐射能力，我们提出了一种在氧化层中增加中间硅层的双层SOI（D-SOI）结构。施加在中间Si层上的负电位补偿了由于捕获的正电荷而引起的辐射效应。虽然已经评估了D-SOI像素传感器在高能加速器中的应用的辐射硬度，但迄今为止还没有评估D-SOI传感器中天文应用的辐射效应。为了评估D-SOI传感器的辐射效应，我们使用6 MeV的质子束进行辐照实验，总剂量为~ 5 krad，对应于几十年的在轨运行。该实验表明，X射线D-SOI器件的抗辐射性得到了改善。在D-SOI器件上使用5 krad的辐照时，对于5.9 keV的X射线，在半峰全宽中的能量分辨率提高了7 $\pm$ 2%，并且芯片输出增益降低了0.35 $\pm$ 0.09%。增益退化的物理机制也进行了研究，它被发现，增益退化是由于寄生电容的增加，由于扩大掩埋n阱。
2020-07-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Proton radiation damage tolerance of wide dynamic range SOI pixel detectors
我们一直在开发SOI像素探测器“INTPIX”，用于空间用途和一般用途，如轨道的残余应力测量和高能物理实验。INTPIX是一款单片像素探测器，由高电阻率Si传感器、SiO2绝缘体和采用绝缘体上硅（SOI）技术的CMOS像素电路组成。我们已经考虑了使用INTPIX在空间中观察X射线偏振的可能性。当半导体探测器在太空中使用时，它会受到高能质子的辐射损伤。因此，有必要研究INTPIX是否具有用于空间的高辐射耐受性。INTPIX8在日本国立量子科学研究所HIMAC用6 MeV质子辐照，总剂量高达2 krad，并评估了性能的退化，如能量分辨率和像素之间的增益和读出噪声的不均匀性。经过500 rad辐照（这是X射线天文卫星的典型寿命）后，14.4 keV能量分辨率的退化小于10%，读出噪声和像素间增益的非均匀性恒定在0.1%以内。
2022-09-08 astro-ph.IM physics.ins-det
TID-Effect Compensation and Sensor-Circuit Cross-Talk Suppression in Double-SOI Devices
我们正在开发用于各种应用的双绝缘体上硅（DSOI）像素传感器，例如用于高能实验。DSOI器件的性能进行了评估，包括总电离损伤（TID）的影响补偿晶体管中使用的测试元件组（TEG）高达2 MGy和集成型传感器高达100 kGy。在这篇文章中，成功的TID补偿像素ASD读出电路显示高达100 kGy的DSOI计数型传感器的应用。DSOI中的串扰抑制正在被评估。这些结果表明，DSOI传感器可应用于未来的高能实验，如BELLE-II实验或ILC实验。
2015-07-24 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
Fine residual stress distribution measurement of steel materials by SOI pixel detector with synchrotron X-rays
本研究基于搭载INTPIX4 SOI像素探测器的$cos α$法残余应力测量系统，利用同步辐射X射线实现钢材残余应力的精细分布测量，验证了其高精度、小采样间距的测量能力，且测量效率远高于传统方法。
2024-05-14 physics.ins-det
Development of a new high-speed data acquisition system prototype for SOI pixel detector using SiTCP-XG, a 10-gigabit Ethernet network processor
我们正在开发一种新的读出板与新一代的现场可编程门阵列（FPGA）和10千兆以太网，以提高现有的读出板的性能和可用性的基础上的1千兆以太网。在这个新的读出板中，实现了支持10千兆以太网的SiTCP-XG网络处理器。SiTCP是一种在FPGA上运行的网络处理器电路，SiTCP-XG是新开发的支持10千兆以太网的SiTCP版本。在开发新板之前，我们使用Xilinx FPGA评估板KC 705构建了一个原型系统来评估SiTCP-XG。该原型系统用SOI像素检测器进行了测试，SOI像素检测器在PhotonFactory（KEK）的同步加速器光束线处具有425，984（列832 X行512矩阵）像素和17 X 17 μ m的像素尺寸。这是该系统X射线成像的首次测试。结果表明，该系统传输速率稳定在682 Mbps（相当于100 fps的帧速率，受探测器工作参数限制），传输速率稳定在2.4 Gbps（相当于350 fps，受探测器性能限制的最大速率）。这些结果表明，SiTCP-XG系统具有足够的传输性能，以覆盖SOIPIX检测器的性能。
2022-07-09 hep-ex physics.ins-det
Radiation-Induced Degradation Mechanism of X-ray SOI Pixel Sensors with Pinned Depleted Diode Structure
本文通过器件仿真揭示了XRPIX X射线SOI像素传感器在辐射下暗电流和读出噪声增加的机制，为改进其抗辐射设计提供依据。
2023-06-14 astro-ph.IM physics.ins-det
X-ray response evaluation in subpixel level for X-ray SOI pixel detectors
基于SOI像素技术，我们研制了事件驱动SOI像素探测器，命名为“XRPIX”（X射线soiPIXel），用于未来的X射线天文卫星，具有0.5 keV到40 keV的宽波段覆盖。XRPIX在每个像素点都有事件触发输出功能，可以获得几个$μ\rm s$的良好时间分辨率，并具有相关双采样功能，可以减少电噪声。由于XRPIX具有良好的时间分辨率，因此在10 keV以上的高能带，采用反符合技术，在XRPIX周围设置有源屏蔽计数器，可以大大降低非X射线本底。为了提高软X射线的灵敏度，必须使X射线入射面上的死层尽可能薄。由于处于开发初期的XRPIX 1b是前照式（FI）的XRPIX，因此低能量X射线光子被8 μ m厚的$\rm μ$电路层吸收，降低了软X射线波段的灵敏度。因此，我们开发了一种背照式（BI）器件XRPIX 2b，并确认了低至2.6 keV的高检测效率，低于该值时效率会受到读出噪声的影响。为了进一步提高软X射线波段的探测效率，我们研制了一种具有较低读出噪声的背照式器件XRPIX 3b。在这项工作中，我们以6 $\rm μm$节距向XRPIX 3b的传感器层侧照射准直为4 $\rm μm ϕ$的2- 5 keV X射线束。本文首次报道了亚像素级相对探测效率、增益和能量分辨率的均匀性。我们还证实了Matsumura等人报道的亚像素级相对检测效率的变化得到了改善。
2018-10-25 astro-ph.IM physics.ins-det
X-ray imaging camera using INTPIX4NA SOIPIX detector with SiTCP-XG 10GbE based high-speed readout system
本研究开发了搭载INTPIX4NA SOIPIX探测器、SiTCP-XG 10GbE高速读出系统及珀耳帖冷却系统的X射线相机，经测试验证其适用于5-20 keV低强度低对比度X射线成像场景。
2024-05-14 physics.ins-det
Single Event Tolerance of X-ray SOI Pixel Sensors
本文通过重离子束辐照实验测量了X射线天文卫星FORCE用XRPIX SOI像素传感器移位寄存器的单粒子翻转截面，获得饱和截面和阈值LET，并估算其在轨翻转率低于0.1次/年，证明其单粒子耐受性足以满足任务需求。
2022-10-10 astro-ph.IM physics.ins-det
Proton radiation hardness of X-ray SOI pixel sensors with pinned depleted diode structure
正在为下一代X射线天文卫星“FORCE”开发X射线SOI像素传感器“XRPIX”。XRPIX采用SOI技术制作，使高阻硅传感器和低阻硅CMOS电路的集成成为可能。每个像素中的CMOS电路配备有触发功能，允许我们在X射线检测的定时仅从具有X射线信号的像素读出输出。因此，该功能实现了高吞吐量和高时间分辨率，这使得能够采用用于背景抑制的反符合技术。一个名为XRPIX 6 E的新系列XRPIX开发了一个钉扎耗尽二极管（PDD）结构，通过抑制传感器和电路层之间的干扰，提高了光谱性能。半导体X射线传感器在空间应用时，由于高能质子的辐射损伤，其光谱性能普遍下降。因此，在空间使用XRPIX之前，有必要评估其光谱性能因辐射损伤而退化的程度。因此，我们在HIMAC的NIRS中首次对XRPIX 6 E进行了质子辐照实验。我们用高能质子照射XRPIX 6 E，总剂量高达40 krad，相当于在轨道上照射400年。40 krad辐照使XRPIX 6 E的能量分辨率降低了25 $\pm$ 3%，对于5.9 keV X射线，在半峰全宽处产生260.1 $\pm$ 5.6 eV的能量分辨率。然而，即使在辐照后，该值也满足FORCE的要求，在6 keV下为300 eV。还发现，与以前的XRPIX器件相比，PDD XRPIX具有增强的辐射硬度。此外，我们研究了能量分辨率的退化;结果表明，退化是由于增加了能量无关的成分…
2021-08-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Performance of SOI Pixel Sensors Developed for X-ray Astronomy
我们一直在开发基于绝缘体上硅技术的单片有源像素X射线传感器。我们的器件由一个低电阻率的硅层读出CMOS电子，高电阻率的硅传感器层，和它们之间的SiO $_2$层。这种配置允许我们在单片器件中既有高速读出电路又有厚的（大约$100~μ{\rm m}$）耗尽层。每个像素电路都包含触发输出功能，利用该功能可以实现$\lesssim 10~μ{\rm s}$的时间分辨率。我们的主要开发项目之一是提高能量分辨率。我们最近制作了一个名为XRPIX 6 E的器件，我们引入了钉扎耗尽二极管（PDD）结构。该结构减小了传感器层中的感测区域与像素电路之间的电容耦合，这降低了光谱性能。使用XRPIX 6 E，我们实现了$\sim 150$ ~eV的能量分辨率为6.4 keV的X射线的半峰全宽。除了良好的能量分辨率之外，实际使用还需要大的成像区域。我们开发并测试了XRPIX 5 b，它的成像面积为$21.9~{\rm mm} \times 13.8~{\rm mm}$，是我们制造的最大的设备。我们成功地从几乎所有的$608 \times 384$像素获得了高均匀性的X射线数据。
2018-12-14 astro-ph.IM physics.ins-det
X-ray Radiation Damage Effects on Double-SOI Pixel Detectors for the Future Astronomical Satellite "FORCE"
针对未来X射线天文卫星FORCE的XRPIX探测器，本文通过10 krad X射线辐照实验和TCAD仿真，评估了双SOI结构的辐射损伤效应，揭示了暗电流增加源于Si/SiO2界面态密度增大。
2022-05-26 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Proton Radiation Damage Experiment for X-Ray SOI Pixel Detectors
在近地轨道上，有许多主要由高能质子组成的宇宙射线。这些宇宙射线引起表面和体辐射效应，导致探测器性能下降。在研制用于天文卫星的X射线探测器时，必须对探测器的抗辐射性能进行定量评估。我们进行了质子辐照实验上的新开发的X射线探测器称为XRPIX的基础上的硅绝缘体技术在HIMAC在国立放射科学研究所。我们辐照了6 MeV的质子，总剂量为0.5krad，相当于在轨道上辐照6年。结果，增益增加了0.2%，能量分辨率降低了0.5%。最后，我们照射质子高达20 krad，发现探测器的性能显着下降，在5 krad。在5 krad辐照下，对应在轨60年，增益提高0.7%，能量分辨率提高10%。通过分解为噪声分量，我们发现，电路噪声的增加是占主导地位的能量分辨率的退化。
2018-10-22 astro-ph.IM physics.ins-det
Recent application studies of an INTPIX4NA SOIPIX detector-based X-ray camera using an SiTCP-XG 10GbE-based high-speed readout system at KEK facilities
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（高级研究院）
本文基于SOIPIX探测器开发的X射线相机在KEK设施中应用，探讨其在X射线放大显微镜、相位对比成像及非破坏性锂检测中的性能。
2026-06-06 physics.ins-det physics.med-ph physics.optics
