Charge collection characterisation with the Transient Current Technique of the ams H35DEMO CMOS detector after proton irradiation
本文报告了使用瞬态电流技术测量ams AG生产的抗辐射高压CMOS像素传感器的电荷收集和耗尽深度的特性。在质子辐照前后，用两种不同的来源：CERN的24 GeV质子同步加速器和伯尔尼Inselspital的16.7 MeV回旋加速器测试了几种衬底的折射率。
2018-07-25 physics.ins-det
Monte Carlo simulation of prompt gamma-ray spectra from depleted uranium under D-T neutron irradiation and electron recoil spectra in a liquid scintillator detector
针对MCNP 5计算效率低、计算结果不可靠的问题，采用两步法计算了贫铀球壳在D-T中子辐照下瞬发γ射线在探测器中的能量沉积。第一步用MCNP 5程序计算了7 MeV以下的γ能谱;第二步用EGSnrc蒙特卡罗程序模拟了BC 501 A液体闪烁体探测器中的电子反冲能谱。计算结果与实验结果的比较表明，在0.4-3 MeV能区，瞬发γ能谱与实验符合较好;在4 MeVee以下能区，电子反冲能谱与实验符合较好。验证了两步法的可靠性。
2015-07-13 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
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
Development of depleted monolithic pixel sensors in 150 nm CMOS technology for the ATLAS Inner Tracker upgrade
本工作提出了一个耗尽单片有源像素传感器（DMAPS）的原型LFoundry 150 nm CMOS工艺制造。所描述的设备，名为LF-Monopix，被设计为一个完全单片传感器的概念证明，该传感器能够在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的ATLAS内部跟踪器升级的外层环境中运行。与目前使用的混合设计相比，在检测器模块中实现这样的设备将导致更低的生产成本和更低的材料预算。在本文中，芯片架构将被描述其次是模拟和测量结果。
2017-11-15 hep-ex physics.ins-det
Electrical characterization of AMS aH18 HV-CMOS after neutrons and protons irradiation
鉴于ATLAS高亮度LHC（HL-LHC）升级的跟踪探测器应用，我们开发了新一代的高压CMOS（HV-CMOS）单片像素传感器原型，采用AMS aH 18（180 nm）商用CMOS技术。通过将模拟和数字读出电路完全集成在同一颗粒检测基板上，解决了混合传感器技术的当前挑战，即，较大的读出输入电容、较低的生产成品率以及较高的生产和集成成本可以缩小规模。使用高电阻率衬底的大电极设计积极地帮助减轻电荷捕获效应，使这些芯片抗辐射。在高辐照环境中引起的表面和体损伤改变了器件的有效掺杂浓度，从而随着反向偏置电压的增加调制高电场。这种效应会导致高漏电流和过早的电击穿，由碰撞电离驱动。为了评估重度辐照样品的特性，我们对ATLASPix 1芯片进行了专门的活动，其中包括在不同设施制造的中子和质子辐照。在这里，我们报告在不同的环境条件下的辐照样品的电特性，也比较其预辐照性能。结果表明，强子辐照的设备可以安全地运行在一个电压足够高，以允许高效率，高达2 E15 neq/cm 2的通量，超出预期的辐射水平（TID和NIEL）在最外层的像素层的新的ATLAS跟踪HL-LHC。
2020-05-29 physics.ins-det
CACTUS: A depleted monolithic active timing sensor using a CMOS radiation hard technology
未来几年大型强子对撞机计划增加亮度，这引发了人们对使用粒子到达时间作为专门探测器的额外信息以减轻堆积影响的兴趣。所需的时间分辨率是几十皮秒的顺序，与1毫米的顺序的空间粒度。在这个精度水平的时间测量也将超越大型强子对撞机和超越高能粒子物理的兴趣。我们在本文中提出的第一个发展对辐射硬耗尽单片有源像素传感器（DMAPS），具有高分辨率的时间测量能力。所选择的技术是一种标准的高压CMOS工艺，结合高电阻率探测器材料，该材料已被证明在数百Mrad的辐射后，可以有效地检测跟踪应用中的颗粒。
2020-05-06 hep-ex physics.ins-det
Dose rate dependence of TID damage to 65 nm CMOS transistors in X-ray irradiations of the ATLAS ITk Pixel ASIC (ITkPix)
针对ATLAS ITk升级用耐辐射像素读出芯片的需求，研究了65 nm CMOS工艺ITkPix ASIC中环形振荡器的TID损伤剂量率依赖性，发现低剂量率下损伤更显著，且与晶体管尺寸类型相关。
2024-04-17 physics.ins-det
The Monopix chips: Depleted monolithic active pixel sensors with a column-drain read-out architecture for the ATLAS Inner Tracker upgrade
设计并测试了两种完全同步列漏读出结构的耗尽型单片CMOS有源像素传感器（DMAPS）原型：LF-Monopix和TJ-Monopix。这些芯片是研发工作的一部分，旨在为HL-LHC ATLAS内部跟踪器适当实现CMOS DMAPS。LF-Monopix采用150 nm CMOS工艺在高阻衬底（>2 k $Ω\,$ cm）上开发，而TJ-Monopix采用改进的180 nm CMOS工艺制造，具有1 k $Ω\,$ cm外延层用于耗尽。这些芯片在其前端设计、偏置方案、像素间距、收集电极相对于像素尺寸的尺寸（分别为大电极设计和小电极设计）以及读出电子器件在这种电极内的放置方面不同。在减薄至100 $\mathrmμ$ μ m并在LF-Monopix中进行额外的背面处理以实现总体积耗尽之后，两个芯片都可以运行。在这项工作中的结果包括测量其泄漏电流，噪声，阈值色散，响应最小电离粒子和效率在测试束运动。此外，中子辐照后的测量结果与剂量的$1\times10^{15}\,\mathrm{n_{eq} / cm}^{2}$和其对未来设计的影响进行了讨论。
2019-04-25 physics.ins-det
Study of neutron irradiation effects in Depleted CMOS detector structures
本文给出了用LFoundry 150 nm HV-CMOS工艺在p型衬底上制作的不同初始介电系数（0.5 ~ 3 k $Ω$ cm）的无源测试结构的Edge-TCT和I-V测量结果。用反应堆中子辐照样品，中子通量高达2 $\cdot$ 10 $^{15}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$。用Edge-TCT测量耗尽深度。有效空间电荷浓度$N_{\mathrm{eff}}$估计从耗尽深度对偏置电压的依赖性，并作为中子注量的函数进行研究。$N_{\mathrm{eff}}$对注量的依赖性随初始受主浓度的变化与p型硅的其他测量结果一致。对$N_{\mathrm{eff}}$和探测器电流在60 $^\circ$ C下进行了长达1280分钟的长期加速退火研究。发现反向偏置探测器中的$N_{\mathrm{eff}}$和电流的行为与辐照硅的预期一致。
2022-02-15 hep-ex physics.ins-det
From Hybrid to CMOS Pixels ... a possibility for LHC's pixel future?
混合像素探测器已经为LHC发明，使跟踪和顶点在LHC的辐射强烈的环境中成为可能。同时，LHC像素探测器非常成功地实现了他们的承诺，计划中的HL-LHC升级的研发工作正在全面展开，目标是更高的电离剂量和非电离通量。在速率和辐射耐受性方面，混合像素是无与伦比的。但它们也有缺点，最明显的是材料厚度，生产复杂性和成本。与此同时，有源像素传感器（DEPFET，MAPS）也已成为真正的像素探测器，但它们远不能承受来自HL-LHC的速率和辐射。新的MAPS开发，所谓的DMAPS（耗尽MAPS），其是在耗尽区域中具有电荷收集的全CMOS像素结构，已经成为高速率/辐射水平下像素的研发焦点。这个目标也许可以利用HV技术、高欧姆衬底和/或基于SOI的技术来实现。本文涵盖了原型研究的主要思想和一些令人鼓舞的结果，而不是隐藏的困难。
2015-09-30 physics.ins-det
Effects of Proton Irradiation on 60 GHz CMOS Transceiver Chip for Multi-Gbps Communication in High-Energy Physics Experiments
本文介绍了$17~MeV$质子辐照在一个$60~GHz$低功耗，半双工收发器（TRX）芯片的$65~nm$ CMOS工艺实现的实验结果。它通过采用开关键控（OOK）支持高达$6~Gbps$的短程点对点数据速率。为了研究用于高能物理应用的辐照硬度，分别用$74~kGy$和$42~kGy$的总电离剂量（TID）和$1.4~\times$ 10 $^{14}~ N_{eq}/cm^2$和$0.8~\times$ 10 $^{14}~N_{eq}/cm^2$的通量对两个TRX芯片进行RX和TX模式的辐照。这些芯片的特点是前和后照射模拟电压测量不同的电路块，以及通过分析无线传输参数，如误码率（BER），眼图，抖动等。照射后的测量表现出一定的性能下降，但这两个TRX芯片已被发现通过在$5~Gbps$的空中测量操作。此外，在照射后观察到载波频率的非常小的偏移。
2019-06-12 hep-ex physics.ins-det
Proton induced Dark Count Rate degradation in 150-nm CMOS Single-Photon Avalanche Diodes
介绍了质子辐照对采用150 nm CMOS工艺制造的单光子雪崩二极管（SPAD）器件的影响。辐照活动已进行了20 MeV和24 MeV的质子上的几个样品的测试芯片包含SPAD阵列与两个不同的结布局。暗计数率分布已被分析作为位移损伤剂量的函数。退火和冷却已被研究作为可能的损害缓解方法。我们还讨论了，通过空间辐射模拟，这种设备的适用性在几个空间任务的案例研究。
2022-08-01 physics.ins-det
Electrical Characterization of 180 nm ATLASPix2 HV-CMOS Monolithic Prototypes for the High-Luminosity LHC
我们报告的实验研究上取得的连续原型的高电压CMOS（HV-CMOS）ATLASPix 2传感器的跟踪检测器的应用，开发与180 nm的特征尺寸。这些传感器主要用于鉴定外围数据处理模块（例如，命令解码器、触发缓冲器等）。与奥地利艾迈斯半导体公司和美国TSI半导体公司制造的前一代ATLASPix 1相比，它是24 X 36像素化传感器的更小版本。艾迈斯半导体生产的ATLASPix 2在非辐照条件下的击穿电压为50 V，与其前身ATLASpix 1相同，而TSI生产的原型报告的击穿电压大于100 V。选定的MCz 20Ohm.cm P型衬底电阻率可降低十分之几微米，其中工艺驱动的表面损伤可对辐照前后的器件工作条件产生更大影响。为了了解辐照情况下器件的固有性能，JSI针对不同注量进行了专门的中子辐照活动。辐照后在不同温度下进行表征，分析辐照前后的漏电流和击穿电压。TSI原型表现出的击穿电压下降90 V，由于碰撞电离和增强的有效掺杂浓度。结果表明，中子辐照装置的能量密度达到2 × 10^15 neq/cm 2时，仍然可以在足够高的电压下安全运行，从而实现高效率。在选择性辐照的ATLASPix 2样品上也进行了加速退火步骤，相当于超过两年的室温退火（20摄氏度），并且它们显示出令人放心的预期击穿电压增加和损伤常数速率α ^*（几何形状相关）降低，这是由有益的退火驱动的。
2020-04-22 physics.ins-det
Radiation Effects on Scientific CMOS Detectors for X-ray Astronomy: II. Total Ionizing Dose Irradiation
研究了X射线CMOS探测器在空间环境中的总电离剂量效应，发现辐照后暗电流和噪声增加，但性能无显著退化。
2024-03-23 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Overview of CMOS sensors for future tracking detectors
耗尽型CMOS传感器是未来高亮度对撞机跟踪探测器的主要候选技术之一。其将传感二极管集成到承载前端电子器件的CMOS晶片中的能力允许降低噪声和更高的信号灵敏度。它们适合于高辐射环境，因为可以施加高耗尽电压，并且可以获得相对高电阻率的衬底。CMOS商业制造工艺的使用导致其成本降低，并允许更快地构建大面积探测器。这些设备的最先进的国家的一般观点将在这方面的贡献，以及对这些设备的CERN RD50合作的框架内进行的主要发展的摘要。
2019-10-16 physics.ins-det
Upgrade of the Belle II Vertex Detector with Depleted Monolithic CMOS Active Pixel Sensors
Marietta Blau Institute for Particle Physics, Austrian Academy of Sciences（玛丽亚·布劳粒子物理研究所，奥地利科学院）；Department of Engineering and Applied Sciences, University of Bergamo（贝加莫大学工程与应用科学学院）；Department of Electrical, Computer and Biomedical Engineering, University of Pavia（帕维亚大学电气、计算机和生物医学工程系）；Dipartimento di Fisica “E. Fermi”, Università di Pisa（比萨大学“E. 费米”物理系）；INFN Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；Aix Marseille Univ, CNRS IN2P3, CPPM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家核物理与粒子物理研究所，普罗旺斯粒子物理中心）；Laboratoire de Physique des 2 infinis Irène Joliot-Curie – IJCLab, Université Paris-Saclay, CNRS IN2P3（巴黎-萨克雷大学，法国国家科学研究中心，法国国家核物理与粒子物理研究所，伊雷娜·约里奥-居里双无限物理实验室）；Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心，高能物理研究所）；Physikalisches Institut, Rheinische（莱茵（威斯特法伦）联邦工业大学物理学院）
Belle II实验为应对更高的亮度，计划升级顶点探测器，采用耗尽单片主动像素传感器，设计高辐射容忍度和低功耗性能。
2026-08-18 physics.ins-det
Charge collection properties of TowerJazz 180 nm CMOS Pixel Sensors in dependence of pixel geometries and bias parameters, studied using a dedicated test-vehicle: the Investigator chip
本文包含一个汇编的参数影响的电荷收集过程中提取的全面研究的部分耗尽单片有源像素传感器与小（<25 μ m $^2$）收集电极在TowerJazz 180 nm CMOS工艺制造。这些结果为ALICE第二代内跟踪系统芯片ALPIDE中二极管的优化提供了指导，并为今后类似器件的仿真研究提供了参考。研究的参数包括：反向衬底偏压、外延层厚度、电荷收集电极尺寸和电极与周围像素内电子器件的间距。来自28 μ m间距的像素的结果证实，即使在部分耗尽的电路中，电荷收集也可以是快速的（<10 ns），并且量化了参数对信号共享和幅度的影响，突出了阱之间的正确间距和反向衬底偏压的影响的重要性。
2020-09-23 physics.ins-det
Improving spatial resolution in X-ray microscopy by using tilted angle detector: A simulation study
传统的X射线成像检测器在辐射束以倾斜角度到达检测器表面时遭受视差误差。当辐射以倾斜角度在横向方向上穿透探测器材料时，图像模糊发生。然而，在X射线显微术中使用的光子能量下，检测器材料中的X射线的衰减长度较短，因此由于倾斜角度照射而导致的视差误差可以较小。在这些情况下，倾斜角度照射可以是有益的，因为它将扩大检测器表面处的光束投影（“足迹”），提高空间分辨率并有助于克服检测器的固有分辨率限制。我们已经进行了模拟研究，以调查当使用倾斜角度照射时视差误差和提高的空间分辨率之间的上述权衡。我们的模拟研究表明，在2- 5 keV的X射线能量的倾斜角照射可以提供空间分辨率的显着改善。在我们的研究中，我们使用的间接转换X射线显微镜探测器的基础上，光学耦合到CCD和CMOS相机，以及直接转换探测器的基础上背照式（背薄）CCD和CMOS相机。我们还证明了倾斜角照射可以防止由于倾斜角几何结构的浅X射线衰减深度而导致的直接转换背照式CCD和CMOS相机的辐射损伤。
2019-10-03 physics.ins-det
Progress on the radiation tolerance of CMOS Monolithic Active Pixel Sensors
CMOS单片有源像素传感器（CPS）是超轻和高粒度硅像素探测器，适用于高灵敏度带电粒子跟踪。CPS采用具有成本效益的标准CMOS工艺制造，可以将传感元件与模拟和数字数据处理电路集成到一个单片芯片中。这变成了$50~\rm μm$薄传感器，其提供了几个$~\rm μm$的出色的典型空间分辨率和高于$99.9\%$的最小电离粒子的检测效率。CPS的辐射耐受性最初受到用于其生产的CMOS工艺的限制的约束，但在过去几年中已经提高了几个数量级。本文综述了斯特拉斯堡IPHC公司开发的MIMOSA系列辐射防护系统在传统的部分耗尽活性介质的CPS抗辐射性能方面的研究进展。讨论了非标准像元辐射损伤的评估方法，介绍了辐射损伤的主要机理。示出了用于辐射硬化的技术。此外，最近的结果下一代CPS功能完全耗尽传感器的基础上改进的CMOS工艺进行了总结。
2019-09-24 hep-ex 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
Characterization of CMOS sensor using X-ray irradiation
本文针对未来高亮度对撞机实验需求，对新型单片像素探测器MALTA开展X射线辐照与电学表征研究，并通过不同厚度传感器的DAC对比分析揭示辐射影响与性能优化方向。
2025-02-04 hep-ex physics.ins-det
MiniCACTUS: A 65 ps Time Resolution Depleted Monolithic CMOS Sensor
MiniCACTUS是一种基于150 nm CMOS工艺设计的耗尽型单片传感器原型，旨在用于未来高能物理实验的大规模定时探测器。该传感器通过优化保护环实现高压偏置和快速电荷收集，并在CERN SPS测试束实验中利用片上前端和判别器测量到65.3 ps的时间分辨率。
2023-09-15 physics.ins-det
Characterization of Passive CMOS Strip Detectors After Proton Irradiation
TU Dortmund（多特蒙德工业大学）；Deutsches Elektronen Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心）；University of Bonn（波恩大学）；Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学）；Fachhochschule Dortmund（多特蒙德应用技术大学）
研究高能粒子实验中被动CMOS条形探测器在质子辐照后的性能，通过不同退纹工艺验证了该技术的可行性，并展示了24 GeV质子辐照后的探测器测试结果。
2026-03-16 hep-ex physics.ins-det
Active Pixel Sensors in ams H18/H35 HV-CMOS Technology for the ATLAS HL-LHC Upgrade
深亚微米HV-CMOS工艺为采用行业标准技术构建的传感器提供了机会，同时具有HV耐受性，使其成为基于漂移的快速收集，因此是抗辐射像素探测器的良好候选者。为了使ATLAS像素探测器更好地满足HL-LHC的要求，对HV-CMOS工艺中的有源像素传感器进行了研究。这些直接在绝缘深n阱中实现放大器和放大器级，其也用作收集电极。深n阱允许高达150 V的偏置电压，导致几个10 μ m的耗尽深度。采用艾迈斯半导体H18 180 nm和H35 350 nm HV-CMOS工艺的原型传感器已经制造完成，可作为当前ATLAS Pixel传感器的潜在替代品，从而将触发处理等更高级别的处理留给专用读出芯片。传感器在实验室测量以及测试束实验中进行了全面测试。用X射线和质子照射显示对1Grad的电离剂量的耐受性。从Edge-TCT研究中推断出，由于受主去除效应，辐照后的耗尽区厚度可达100 μ m。在1e15n_eq cm-2中子辐照实验中，该传感器表现出很高的探测效率。一个完整的标线尺寸的演示芯片，在H35过程中实施正在提交，以证明大规模的HV-CMOS概念的可行性。
2016-02-09 hep-ex physics.ins-det
Radiation hard pixel sensors using high-resistive wafers in a 150 nm CMOS processing line
采用8”CMOS工艺技术的像素传感器的设计和特性提供了工业传感器制造的优势，包括大晶圆、高吞吐量和产量以及低成本。像素传感器采用Avezzano的LFoundry提供的150 nm CMOS技术生产。该技术提供了多个金属和多晶硅层，以及可用于AC耦合和再分布层的金属-绝缘体-金属电容器。制造了几种原型，并在辐照至高达1.1 $\times$ 10 $^{15}$ n $_{\rm eq}$ cm $^{-2}$的能量密度之前和之后用最小电离粒子进行表征。CMOS制造的传感器在噪声和命中检测效率方面与标准像素传感器表现相同。AC耦合传感器甚至达到100%的命中效率在3.2 GeV的电子束照射前。
2017-03-02 hep-ex physics.ins-det
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
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
Radiation effects on scientific CMOS sensors for X-ray astronomy: I. proton irradiation
本文通过50 MeV质子辐照实验研究两款科学CMOS传感器在X射线天文学应用中的辐射耐受性，发现低温下性能稳定、暗电流虽大幅增加但可通过缩短积分时间和像素掩蔽缓解，证明其适用于未来X射线天文任务。
2023-12-04 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Single Event Upsets characterization of 65 nm CMOS 6T and 8T SRAM cells for ground level environment
针对地面环境下65 nm CMOS工艺的6T和8T SRAM单元，通过CERN的CHARM设施加速辐照测试，发现6T单元SEU截面比8T高1.45倍且多位事件趋势更高，其灵敏度可满足高能物理实验辐射监测需求。
2024-11-26 cs.AR hep-ex physics.ins-det
Radiation tolerant, thin, passive CMOS sensors read out with the RD53A chip
研究了采用150 nm LFoundry工艺制作的无源CMOS像素传感器的抗辐射性能。CMOS工艺生产线对于大规模硅探测器特别有意义，因为它们以相对较低的成本提供高产量。此外，还提供多晶硅电阻器、MIM电容器和多个金属层等多种功能，有助于增强传感器设计。一个100 $\mathrmμ$ m薄无源CMOS传感器的性能与像素间距为50 $\mathrmμ$ m在不同的照射水平，5 $\times$ 10 $^{15}$ n $_{\mathrm{eq}}$ cm $^{-2}$和1 $\times$ 10 $^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ cm $^{-2}$，提出。将传感器进行凸点键合，并使用RD53A读出芯片进行读出。在最高能量密度后，测得最小电离粒子的命中检测效率大于99%。所测得的等效噪声电荷与传统的平面像素传感器相当。因此，无源CMOS传感器对于在辐射恶劣环境中工作的硅探测器来说是一个有吸引力的选择，例如LHC实验的升级。
2021-05-09 physics.ins-det
Simulations of CMOS pixel sensors with a small collection electrode, improved for a faster charge collection and increased radiation tolerance
具有小收集电极的CMOS像素传感器将小传感器电容的优点与完全单片设计的优点相结合。小的传感器电容导致大的信噪比和低模拟功耗，而单片设计减少了材料预算、成本和生产工作。然而，这种传感器的像素角中的低电场导致增加的电荷收集时间，这使得照射后的完全有效的操作和纳秒量级的定时分辨率对于大于大约四十微米的像素尺寸具有挑战性。本文提出了一个小的收集电极，以克服这些限制，使用三维技术计算机辅助设计模拟的CMOS传感器的概念的发展。所研究的设计使用0.18微米的高电阻率外延层上实现的过程。
2019-05-07 physics.ins-det
Radiation hardness study on a CMOS pixel sensor for charged particle tracking
一个CMOS像素传感器，命名为Supix-1，是为圆形电子正电子对撞机（CEPC）项目的像素化硅跟踪器开发的。该传感器由9个扇区组成，像素大小、二极管大小和几何形状各不相同，采用180 nm CMOS图像传感器（CIS）工艺制造，以研究放大像素的粒子探测性能。本文通过Fe-55放射源的测量和计算机辅助设计（TCAD）的模拟，研究了在1 $\times$ 10^13 1 MeV neq/cm ^2的能量密度下，辐射对传感器电荷收集的影响。因为对于非电离能量损失（NIEL）效应，每年需要6.8 $\times$ 10^12 1 MeV neq/cm ^2的辐射硬度。在测量中，传感器增益已使用Fe-55的k- $α$峰在照射之前和之后校准。对像素级等效噪声电荷（ENC）、电荷收集效率（CCE）和信噪比（SNR）进行了评价。利用自行开发的重构算法研究了辐射对团簇性质的影响。在TCAD模拟中，模拟了两种典型入射粒子碰撞情况下5个$\times$ 5像素矩阵中的电荷收集情况，包括有照射和无照射。测量和模拟表明，面积为21 $μ$ m $\times$ 84 $μ$ m的放大像素，虽然遭受更大的损失比小像素的传感器性能，仍然有令人满意的噪声和电荷收集性能照射后的粒子跟踪在即将到来的对撞机探测器。
2022-02-23 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
Characterisation of analogue front end and time walk in CMOS active pixel sensor
在这项工作中，我们研究了一种方法，以确定在有源硅像素传感器原型使用边缘TCT与红外激光电荷注入的时间走。在中子辐照至5e 14 neq/cm 2之前和之后研究样品。阈值，噪声和校准的模拟前端确定与外部电荷注入。用Edge-TCT对收集的电荷和时间游走进行了空间敏感的测量，显示了像素中心的均匀电荷收集和输出延迟。在像素边缘上，由于有限的束宽导致较小的信号和较大的输出延迟，观察到电荷共享。在高于噪声水平的阈值下，对于2000个电子以上的电荷，观察到低于25 ns的时间步行。利用外部电荷注入的时间行走测量产生相同的结果。
2021-11-23 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
Design and Performance of HV CMOS Sensors for Future Colliders by the RD50 Collaboration
CERN RD50合作组研发面向未来对撞机的高耐受HV CMOS像素传感器，介绍了最新原型RD50-MPW3的设计与仿真结果，以及前序原型RD50-MPW2的束流测试与辐照性能。
2023-07-17 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
Irradiation test on FD-SOI Readout ASIC of Pair-monitor
我们制作了一个读出ASIC与全耗尽绝缘体上硅（FD-SOI）技术的对监测。成对监视器是一个硅像素设备，用于测量国际直线对撞机的光束轮廓。它利用了由聚束碰撞产生的大量电子-正电子对的定向分布，并且需要耐受大约几兆拉德/年的辐射剂量。辐照可能导致SOI的埋氧层积累电荷，从而干扰预期功能。因此，我们进行了广泛的原型ASIC上的辐照测试，结果在本文中描述。
2010-06-22 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
Effects of gamma irradiation on DEPFET pixel sensors for the Belle II experiment
对于KEK（日本筑波）的Belle II实验，KEKB加速器进行了升级，以提供比以前大40倍的瞬时亮度，这需要增加探测器组件的辐射硬度。作为Belle II探测器的最里面部分，基于DEPFET（耗尽型P沟道场效应晶体管）技术的像素探测器（PXD）暴露在加速器辐射下最多。进行了辐照活动，以验证PXD可以应对预期的辐射量。我们提出了这个测量活动的结果，其中X射线机被用来照射一个单一的PXD半梯的总剂量为266 kGy。半梯与用于Belle II的半梯来自同一批次。根据模拟，总累积剂量相当于Belle II运行7-10年。虽然之前已对单个组件进行过辐照，但此次活动是首次对整个系统进行辐照。我们讨论了对DEPFET传感器的影响，以及前端电子器件的性能。此外，我们提出了效率的半梯子从光束测试之前和之后的照射。
2021-09-22 physics.ins-det
Radiation hard DMAPS pixel sensors in 150nm CMOS technology for operation at LHC
单片有源像素传感器（MAPS）自20世纪90年代后期以来已经开发，其采用具有薄外延层的硅衬底，其中沉积的电荷通过无序扩散而不是通过电场中的漂移来收集。因此，信号小而慢，辐射耐受性低于LHC实验要求的100至1000倍。我们开发了全耗尽（D）MAPS像素传感器采用150 nm CMOS技术，并使用高电阻率衬底以及高偏置电压。开发已经进行了三次后续迭代，从原型到大型像素矩阵，包括适合LHC操作的完整读出架构。全CMOS电子器件嵌入在大的深n阱中，同时用作收集节点（大电极设计）。这些器件在辐照前后采用实验室测试和粒子束进行了深入的表征。这些设备可以处理LHC pp实验最里面的像素探测器或计划中的HL-LHC升级的外部像素层所看到的粒子速率。它们是至少$10^{15}~\mathrm{n_{eq}/cm^2}$的难以辐射粒子注量和至少50 Mrad的总电离剂量。
2020-05-25 physics.ins-det
Characterization of CMOS SPADs for future RICH Detectors
University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫斯蒂芬研究所）；École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of Maribor（马里博尔大学）
本文研究了适用于未来RICH探测器的CMOS SPAD光电探测器的特性，重点在于其在高辐射环境下的性能和低温操作能力。
2026-02-27 physics.ins-det
Characterization, Simulation and Test Beam Data Analysis of Stitched Passive CMOS Strip Sensors
本研究通过拼接工艺制造大面积无源CMOS条带传感器，结合模拟与实验室及束流测试，验证了其辐射硬度，为LHC升级提供可行方案。
2023-11-15 physics.ins-det
X-ray Irradiation Studies on the Monopix DMAPS in 150$\,$nm and 180$\,$nm
本文研究 TJ-Monopix2 和 LF-Monopix2 两款 DMAPS 芯片的 X 射线辐照耐受性，验证其在 100 Mrad 电离剂量下性能无显著退化且持续可运行，满足 ATLAS 内层径迹探测器外层要求。
2025-06-05 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
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
Performance of CMOS pixel sensor prototypes in ams H35 and aH18 technology for the ATLAS ITk upgrade
基于商用高压CMOS工艺的像素传感器是一项令人兴奋的技术，被认为是高亮度LHC ATLAS内部跟踪器升级外层的一种选择。在这里，带电粒子检测使用深n阱作为传感器二极管与耗尽区延伸到硅体。可以添加模拟和数字读出电子器件，以实现不同级别的集成，直至完全单片传感器。使用艾迈斯半导体CMOS技术的小规模原型先前已证明，它可以实现所需的$10^{15}~\text{n}_\text{eq}/\text{cm}^2$辐射容限和高于$99.5~\%$的检测效率。最近，已生产出尺寸与完整传感器相当的大面积原型，包括最终设计所需的大多数功能：采用艾迈斯半导体H35技术生产的H35演示原型，支持外部和集成读出，以及采用艾迈斯半导体aH18技术生产的单片ATLASPix 1预生产设计。这两种芯片都基于大填充因子像素设计，但读出结构不同。H35DEMO与电容耦合外部读出和单片ATLASPix1的第一个结果的性能结果。
2020-06-08 physics.ins-det
CMOS Monolithic Pixel Sensors based on the Column-Drain Architecture for the HL-LHC Upgrade
耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）构成了ATLAS实验内部跟踪器（ITk）外层的一种有前途的低成本替代品。现代高电阻率CMOS技术的实现通过实现感测体积的实质性耗尽来增强其辐射耐受性。两个DMAPS原型，使用相同的“列漏”读出架构，并基于不同的传感器实现的概念命名为LF-Monopix和TJ-Monopix已开发的大型哈登对撞机（HL-LHC）的高亮度升级。LF-Monopix采用LFoundry 150 nm技术制造，具有$50x250~μm^{2}$的像素尺寸和大收集电极，选择了高辐射耐受性。辐照$1\cdot10^{15}~n_{eq}/cm^{2}$后，检测效率可达99%. TJ-Monopix是一种大规模$(1x2~cm^{2})$原型，具有$36x40~μm^{2}$大小的像素。它是在一个新的TowerJazz 180 nm的修改过程中，使敏感层的完全耗尽，同时采用一个小的收集电极，是不太敏感的串扰制造。由此产生的小传感器电容（$<=3~fF$）被一个紧凑、低功耗的前端利用，该前端经过优化以满足25 ns的时序要求。测量结果表明，传感器的等效噪声电荷（ENC）$\approx11e^{-}$，阈值$\approx300~e^-$，阈值分散$\approx30~e^-$和总功耗低于$120~mW/cm^2$。
2018-09-10 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
First measurements with monolithic active pixel test structures produced in a 65 nm CMOS process
针对ALICE实验ITS3升级需求，研究人员用65 nm CMOS工艺制备三种测试传感器开展MLR1批次测试，验证了该工艺制备的晶圆级单片有源像素传感器在预期辐照水平下的带电粒子探测性能可行性。
2023-12-13 physics.ins-det
Design, fabrication and initial test of a novel 3D-Trench sensor utilizing 8-inch CMOS compatible technology
本文设计并制备了一种采用8英寸CMOS兼容工艺的新型3D沟槽传感器，实现了0.5 μm超窄刻蚀宽度和超过70的深宽比，并展示了辐照前的电学、电荷收集与时间性能初步结果。
2025-05-09 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
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
