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
Test-beam and simulation studies for the CLICTD technology demonstrator -- a monolithic CMOS pixel sensor with a small collection diode
CLIC Tracker Detector（CLICTD）是一款单片像素传感器，像素为30 um x 37.5 um，并配有一个小型收集二极管。该传感器采用180 nm CMOS成像工艺制造，使用两种不同的像素风格：第一种是连续的n型注入，用于完全横向耗尽，第二种是n型注入中的分段，用于加速电荷收集。此外，CLICTD具有创新的子像素分割方案，允许减少数字足迹，同时保持一个小的子像素间距。在本文中，介绍了使用分段n注入的像素风味的测试束测量。的性能进行评估的时间和空间分辨率以及效率。此外，试验梁数据进行比较，使用3D TCAD和蒙特卡罗模拟工具相结合的模拟研究。
2021-06-24 hep-ex 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
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
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
Thin n-in-p planar pixel sensors and active edge sensors for the ATLAS upgrade at HL-LHC
采用在CiS生产的有源厚度为200 $μ$ m的n-in-p平面传感器和在芬兰的VTT生产的100-200 $μ$ m薄有源/薄边缘传感器器件的硅像素模块已经与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片互连。薄传感器是专为高能物理对撞机实验，以确保在高通量辐射硬度。此外，VTT生产的有源边缘技术最大化了组件的敏感区域，从而减少了靠近束管的像素层中模块的重叠。CiS生产还包括四个芯片传感器，根据计划用于在HL-LHC运行的升级ATLAS像素探测器外层的模块几何形状。该模块的特点是在实验室中使用放射源和高精度的测量，在束流测试，调查在不同的偏置电压和粒子入射角的命中效率和电荷收集性能。不同的传感器厚度和边缘设计的性能进行了比较之前和之后的辐照高达$1.4\times10^{16}n_{eq}/cm^{2}$的能量密度。
2014-11-20 hep-ex physics.ins-det
Silicon Avalanche Pixel Sensor for High Precision Tracking
提出了一种创新的位置敏感像素化传感器的开发，以高精度检测和测量电离粒子的坐标。硅雪崩像素传感器（APiX）基于雪崩像素的垂直集成，雪崩像素成对连接，以全数字模式同时工作，芯片上嵌入了处理电子器件。APiX传感器满足了在大占用情况下需要高空间分辨率的跟踪系统中最大限度地减少材料预算和相关多重散射效应的需求。新传感器的预期操作特性：低噪声、低功耗和合适的辐射耐受性。APiX器件提供关于撞击带电粒子坐标位置的片上数字信息，并且可以被视为像素化阵列的模块化系统的构建块，实现稀疏化读出。技术挑战是CMOS工艺下器件的3D集成和处理电子器件的集成。
2013-11-30 hep-ex physics.ins-det
10 ps timing with highly irradiated 3D trench silicon pixel sensors
在本文中，三维沟槽硅像素传感器的光束测试表征活动的结果。在10 ps的顺序的时间分辨率进行了测量，为非辐照和辐照传感器高达$2.5 \cdot 10^{16}\,1\,MeV\, n_{eq}\,cm^{-2}$的注量。这一特性和接近$99\%$的探测效率使该传感器成为高能物理实验中4D跟踪探测器的最佳候选者之一。
2022-11-08 hep-ex physics.ins-det
Performance of Irradiated RD53A 3D Pixel Sensors
在LHC的ATLAS实验将取代其目前的内部跟踪系统的HL-LHC时代。3D硅像素传感器被认为是新的全硅基跟踪探测器最内层的抗辐射候选者。与HL-LHC的第一个原型ASIC（RD 53 A芯片）兼容的具有小像素尺寸的$\mathrm{50 \times 50~μm^{2}}$和$\mathrm{25 \times 100~μm^{2}}$的3D传感器在均匀照射到$\mathrm{5 \times 10^{15}~n_{eq}/cm^{2}}$之后在束流测试中进行了研究。仅需要50 V的操作电压就可以在此注量之后实现97%的命中效率。
2019-03-22 hep-ex physics.ins-det
M.i.p. detection performances of a 100 us read-out CMOS pixel sensor with digitised outputs
目前正在为ILC顶点探测器开发快速、高分辨率的CMOS像素传感器，旨在非常接近相互作用点。一个主要问题是处理由光束相关背景产生的高占用率所需的传感器的时间分辨率。2008年，欧盟项目EudET制造了一款128 x576像素传感器，可在92.5 us的读出时间内提供数字化输出，并在CERN-SPS上进行了带电粒子测试。从噪声、探测效率、空间分辨率和抗辐射能力等方面对该系统的突出性能进行了综述。它们验证传感器架构。
2009-02-16 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
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
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
The FoCal prototype - an extremely fine-grained electromagnetic calorimeter using CMOS pixel sensors
以单片有源像素传感器为有源元件，研制了硅钨电磁量能器样机。像素尺寸为30 $μ$ m时，它允许数字量热法，即粒子的能量通过计数像素来确定，而不是通过测量沉积的能量。虽然尺寸不大，宽度只有四个莫里哀半径，但它有3900万像素。我们描述的结构和调整的原型和目前的结果，从梁测试和比较它们与基于GEANT的蒙特卡罗模拟的预测。我们以前所未有的细节展示了由电子引起的簇射的形状。能量和位置分辨率的结果也将给出。
2017-11-21 hep-ex physics.ins-det
ISIS2: Pixel Sensor with Local Charge Storage for ILC Vertex Detector
ISIS（原位存储成像传感器）是一种新型的CMOS传感器，具有多电荷存储能力，由线性对撞机风味识别（LCFI）合作开发的ILC顶点探测器。本文报告了在0.18微米CMOS工艺中实现的第二代ISIS传感器ISIS2的测试结果。明确地证明了局部电荷存储和电荷转移。
2010-07-14 hep-ex physics.ins-det
CMOS pixel sensors optimized for large ionizing dynamic
单片有源像素传感器（MAPS）现在被很好地确立为用于跟踪带电粒子的技术，特别是当期望低材料预算时。对于此类应用，传感器专注于空间分辨率，具有数字输出或适度电荷测量能力的像素非常适合。在欧盟的STRONG-2020项目中，该项目侧重于使用强子的实验，TIIMM（最小材料预算的跟踪和离子识别）联合研究活动旨在将颗粒MAPS能力扩展到能量损失（ΔE）测量，用于离子种类识别。TIIMM原型采用Tower Jazz 180 nm CMOS图像传感器（CIS）工艺开发。将时间超过阈值（ToT）方法应用于传感器以用于能量损失测量。在这项工作中的主要设计细节和初步的测试结果，从实验室测量的初始TIIMM原型。
2022-01-24 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
High-resolution timing electronics for fast pixel sensors
基于具有定时能力的像素的检测器在过去几年中变得越来越重要。由于在可预见的实验条件下轨道密度的增加，未来在对撞机上进行的高能物理实验需要在跟踪中使用时间信息。固态传感器正在进行各种不同的开发，以获得传感器级别的高分辨率性能，例如LGAD传感器或3D传感器。最近获得了约20 ps的固有传感器时间分辨率。传感器端性能的不断提高强烈要求前端电子设备端进行充分的开发，这可能会成为跟踪或顶点检测系统的性能瓶颈。本文旨在分析一种典型的前端电路，跨阻放大器，考虑不同的可能的电路配置的最终可能的性能。将给出用于定时测量的传感器读出的优选操作模式的证据。
2020-08-22 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
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
Radiation hardness of small-pitch 3D pixel sensors up to HL-LHC fluences
正在为HL-LHC跟踪器升级开发新一代3D硅像素探测器，其像素尺寸为50 $\times$ 50和25 $\times$ 100 $μ$ m $^{2}$。在束流试验中研究了这种探测器在辐照到高达$1.4\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$的注量后的辐射硬度。在此能量密度下，仅需100 V的工作电压即可实现97%的命中效率，在-25 $^{\circ}$ C下的功耗为13 mW/cm $^2$，远低于前几代3D传感器和平面传感器。
2017-07-04 hep-ex physics.ins-det
Recent results of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
ATLAS探测器必须在本十年结束时进行重大更新，以承受大型强子对撞机高亮度升级所产生的占用率增加和辐射损害。在本报告中，我们概述了ATLAS内部探测器升级的平面像素传感器的最新研发成果。
2012-01-27 hep-ex physics.ins-det
Efficiency and timing performance of the MuPix7 high-voltage monolithic active pixel sensor
MuPix 7是一款原型高压单片有源像素传感器，具有103 × 80 um 2像素，薄至64 um，并集成了完整的读出电路，包括1.25 Gbit/s差分数据链路。使用在DESY电子测试束的数据，我们证明了99.3%的效率和14纳秒的时间分辨率。效率和时间分辨率与亚像素分辨率进行了研究，并在模拟中再现。
2018-06-30 hep-ex physics.ins-det
Characterization of the first prototype CMOS pixel sensor developed for the CEPC vertex detector
用途：CMOS像素传感器对于未来的高性能跟踪设备具有极大的吸引力。初步的研发工作已经进行了顶点探测器的拟议的圆形电子正电子对撞机，将允许精确的希格斯测量。实现低功耗以最大限度地减少材料预算至关重要。这需要仔细优化传感器二极管的几何结构，以达到高的充电电容，从而降低模拟功耗。研究方法：电极面积和覆盖区是传感器二极管几何结构中的两个关键要素，并且对传感器电荷收集性能具有决定性影响。原型CMOS像素传感器JadePix-1已经开发出具有实现不同电极面积和足迹的像素扇区，并且其电荷收集性能已经用放射性资源表征。结果：用低能X射线校准了电荷-电压转换增益。得到了不同电极面积和覆盖面积的像素扇区的噪声、电荷收集效率、电荷电容比和信噪比。结论：小电极面积和大基底面是实现高充电过电容的首选，这保证了低模拟功耗。正在进行的传感器性能的研究之前和之后的照射，结合这项工作，将得出结论的二极管的几何优化。
2019-01-29 hep-ex 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
Optimisation of CMOS pixel sensors for high performance vertexing and tracking
CMOS像素传感器往往与不断增长的带电粒子探测仪器相关。这主要来自于它们的高粒度和低材料预算。然而，几个潜在的应用需要比基于0.35微米特征尺寸技术的可用器件所实现的更高的读出速度和辐射容限。本文显示了在0.18微米工艺中制造的基于相当大厚度的高电阻率外延层的新原型传感器的初步测试结果。基于这些观察到的性能，我们讨论了在未来几年的发展战略，以达到一个完整的规模传感器匹配的规格的升级版本的内部跟踪系统（ITS）的ALICE实验在欧洲核子研究中心，其中一个敏感的区域可达约10平方米配备像素传感器。
2013-05-03 hep-ex physics.ins-det
Sensor response and radiation damage effects for 3D pixels in the ATLAS IBL Detector
本文研究ATLAS IBL探测器3D像素传感器在LHC运行期间的响应与辐射损伤，通过测量和模拟预测其性能演变，验证了3D技术在强辐射环境中的适用性。
2024-12-17 hep-ex physics.ins-det
Smart pixel sensors: towards on-sensor filtering of pixel clusters with deep learning
针对下一代高粒度像素探测器的超高数据速率问题，提出可嵌入片上读出系统的神经网络，通过滤除低动量径迹击中实现54.4%-75.4%的数据量缩减，且芯片功耗与面积均满足集成要求。
2023-10-03 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
Thin and edgeless sensors for ATLAS pixel detector upgrade
为了应对HL- LHC高亮度条件下的恶劣环境，ATLAS像素探测器必须升级为具有良好粒度、最大几何接受度和高读出率的完全有效的探测器。LPNHE、FBK和INFN参与了薄型无边缘平面像素传感器的开发，由于采用了有源边缘技术，传感器边缘的不敏感区域得以最小化。本文报道了两种产品，第一种由200 μm厚的有源边缘n-on-p传感器组成，第二种由100和130 μm厚的n-on-p传感器组成。这些传感器已在CERN-SPS和DESY进行了束流测试，并将展示它们在照射前后的性能。
2017-10-10 hep-ex physics.ins-det
The influence of pixel cell layout on the timing performance of 3D sensors
本文利用TPA-TCT比较IMB-CNM制造的方形与六边形3D柱状电极像素传感器，发现方形布局具有更均匀的时间响应，并提出基于连续脉冲时间差的抖动测量方法。
2025-06-09 hep-ex physics.ins-det
X-ray Metrology of an Array of Active Edge Pixel Sensors for Use at Synchrotron Light Sources
我们报告生产的主动边缘硅传感器阵列作为一个大型阵列的原型。将四个Medipix3RX.1芯片凸块键合到四个单芯片尺寸的Advacam有源边缘n on n传感器。然后将这些探测器安装到2 × 2阵列中，并在B16金刚石光源上使用2 μ m的X射线束斑进行测试。与光学计量相比，这些测试的结果给出了这些传感器对传感器的物理边缘敏感的置信度，在最后两行像素中只有适度的效率损失。我们提出的效率图记录与微焦点光束和样品粉末衍射测量。这些结果给人的信心，这种传感器技术可以用于更大的阵列的检测器在同步加速器光源。
2016-12-21 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
Modeling Radiation Damage to Pixel Sensors in the ATLAS Detector
硅像素探测器是目前ATLAS探测器及其计划升级的核心。由于探测器最接近相互作用点，它们将暴露在大量的辐射中：在HL-LHC之前，最内层将接收超过$10^{15}$ 1 MeV $n_\mathrm{eq}/\mathrm{cm}^2$的通量，HL-LHC探测器升级必须应对在其寿命期间集成的更高数量级的通量。本次演讲首次提出了一个数字化模型，其中包括对ATLAS Pixel传感器的辐射损伤效应。在对设置进行全面描述之后，基本像素簇属性的预测与运行2碰撞数据的第一次验证研究一起呈现。
2017-10-11 hep-ex 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
Testbeam and Laboratory Characterization of CMS 3D Pixel Sensors
像素探测器是CMS中最内部的跟踪设备，重建相互作用顶点和带电粒子轨迹。位于像素探测器最内层的传感器必须升级，以实现高亮度LHC（HL-LHC）阶段预期的亮度增加10倍。作为平面传感器的可能替代品，3D硅技术由于其在高辐射通量后的良好性能而正在考虑中。在本文中，我们报告了不同电极配置的CMS 3D像素传感器的照射前和照射后测量。讨论了辐照对三维传感器的电学性能、电荷收集效率和位置分辨率的影响。还介绍了用于监控制造过程和研究体和表面特性的各种测试结构的测量，例如MOS电容器、平面和栅控二极管。
2014-04-30 hep-ex physics.ins-det
Measurements and simulations of MAPS (Monolithic Active Pixel Sensors) response to charged particles - a study towards a vertex detector at the ILC
国际直线对撞机（International Linear Collider，ILC）是一个质心能量为200-500 GeV的电子-正电子（e+e-）直线对撞机项目。单片有源像素传感器（MAPS）是ILC顶点检测器（VTX）的硅像素检测器概念之一。研究和比较了两种MAPS像素矩阵MIMOSA-5（17 $μ$ m像素间距）和MIMOSA-18（10 $μ$ m像素间距）的基本特性（噪声、ADC到电子转换增益的校准、探测器效率和电荷收集特性）。ILC中的电子+电子碰撞将伴随着强烈的电子和正电子束辐射背景，撞击顶点探测器的内平面。与次级强子相反，这种起源的径迹留下拉长的星团。集群特性和方向相对于像素网研究垂直和倾斜的轨道。测量了确定作为入射角的函数的簇取向的伸长率和精度。提出了一个简单的信号形成模型（基于电荷扩散），并使用收集的数据进行测试。
2010-05-20 hep-ex physics.ins-det
Study of the readout chip and silicon sensor degradation for the CMS pixel upgrade
混合硅像素探测器目前用于紧凑型μ子螺线管（CMS）实验的最内部跟踪系统。已经证明了大型强子对撞机（LHC）运行几年所能承受的辐射通量，尽管预计硅探测器靠近相互作用点的部分会出现一些退化。在大型强子对撞机升级阶段，硅像素探测器预计的剂量水平将高得多。为了面对这个方面，已经在硅传感器和读出芯片上执行了具有高于$\mathcal{O}(10^{15})$ n $_{\textrm{eq}}$ /cm $^2$的注量的专用辐照测试。在操作中的传感器和读出芯片的能量密度的函数的变化。的电荷收集效率进行了研究：部分恢复的检测器的效率，可以通过操作的检测器在一个受控的环境中，并在较高的偏置电压。
2011-10-06 hep-ex physics.ins-det
Modelling radiation damage to pixel sensors in the ATLAS detector
硅像素探测器是目前和计划中的大型强子对撞机ATLAS实验升级的核心。由于它们非常接近相互作用点，这些探测器在其寿命期间将暴露在前所未有的辐射量下。目前的像素探测器将受到超过$10^{15}$ 1 MeV ${n}_{eq}/{cm}^2$的非电离辐射的损害，而为高亮度LHC设计的像素探测器必须应对更大数量级的通量。本文提出了一个数字化模型，考虑辐射损伤的影响，像素传感器。详细描述了该模型，并将电荷收集效率和洛伦兹角的预测与2015年至2017年收集的碰撞数据（$\leq 10^{15}$ 1 MeV ${n}_{eq}/{cm}^2$）进行了比较。
2019-07-01 hep-ex 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
Development of CMOS Pixel Sensors fully adapted to the ILD Vertex Detector Requirements
CMOS像素传感器正在朝着ILD顶点检测器的规格稳步发展。最近的发展进行了总结，这表明，这些设备接近符合所有主要要求，特别是读出速度需要应付光束相关的背景。这一成就基于双面阶梯概念，该概念允许在两个不同的传感器中组合单个粒子产生的信号，一个传感器用于空间分辨率，另一个传感器用于时间戳，两者都组装在同一机械支撑上。的发展状况进行了概述，以及计划完成它使用先进的CMOS工艺。
2012-03-16 hep-ex 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
From vertex detectors to inner trackers with CMOS pixel sensors
使用CMOS像素传感器（CPS）进行高分辨率和低材料顶点探测器已在RHIC/BNL的STAR-PXL探测器的2014年和2015年物理运行中得到验证。这打开了CPS用于内部跟踪设备的大门，其具有10-100倍的敏感区域，因此需要一种节省功率、响应均匀性和鲁棒性的传感器设计。用于STAR-PXL传感器的350 nm CMOS技术被认为太不适合即将到来的应用，如升级的ALICE内部跟踪系统（ITS），该系统要求传感器在读出速度和辐射耐受性上有一个数量级的改进。这引发了对更深的亚微米CMOS技术（Tower-Jazz 180 nm）的探索，以设计适应新ALICE-ITS运行条件的CPS。本文报道了一种适用于ALICE-ITS的CPS概念的研究与开发结果。
2016-04-11 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
Results for pixel and strip centimeter-scale AC-LGAD sensors with a 120 GeV proton beam
本研究用120 GeV质子束评估像素和条带AC-LGAD传感器，发现减薄像素至20 μm可实现约20 ps时间分辨率，而条带传感器抖动较大，优化n⁺薄层电阻是关键，为未来4D跟踪系统提供候选方案。
2025-01-21 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
Characterization of passive CMOS sensors with RD53A pixel modules
目前升级到基于加速器的HEP探测器（例如ATLAS，CMS）以及未来的项目（例如CEPC，FCC）都具有大面积硅基跟踪探测器。我们正在研究使用CMOS代工厂制造硅辐射探测器的可行性，无论是像素和大面积条形传感器。成功的概念验证将为HEP社区打开CMOS代工厂的市场潜力，这在可用性、吞吐量和成本方面将是最有利的。此外，多层信号路由的可用性将提供优化传感器几何形状和性能的自由度，其中在多晶硅层和MIM电容器中实现的偏置结构允许AC耦合。LFoundry最近采用150 nm CMOS工艺完成了条带测试结构和RD53A兼容像素传感器的原型生产。本报告将重点介绍像素模块的特性，研究在电荷收集，位置分辨率和命中效率方面的性能，并在实验室和束流测试中进行测量。我们将报告对具有25 × 100 μ ^2单元几何形状的RD53A模块的研究。
2021-11-15 hep-ex 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
Beyond the CMOS sensors: the DoTPiX pixel concept and technology for the International Linear Collider A
CMOS传感器已成功应用于STAR跟踪器[1]。大型强子对撞机实验表明，高效的b标记、位移顶点的重建和消失轨迹的识别是必要的。一个改进的顶点检测器是合理的ILC。为了实现低于1 μm范围的点（空间单层）分辨率，同时改善其他特性（辐射耐受性和最终的时间分辨率），我们将需要使用1微米间距的像素。因此，我们提出了一个单一的MOS晶体管，作为一个放大设备和一个埋电荷收集门检测器。经典和量子的器件模拟都导致了所提出的DoTPiX结构。随着硅工艺的发展，远低于100 nm的线特征，这种像素应该是可行的。我们将介绍这种像素探测器及其在我们机构（IRFU）和其他合作实验室（CNRS/C2 N）的发展现状。
2021-05-19 hep-ex 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
Heavily Irradiated N-in-p Thin Planar Pixel Sensors with and without Active Edges
我们提出的硅像素模块采用n在p平面传感器的有源厚度为150 $\mathrmμ$ m，在MPP/HLL生产的，和100-200 $\mathrmμ$ m薄的有源边缘传感器设备，在芬兰VTT生产的表征的结果。这些薄传感器被设计为在HL-LHC上运行的ATLAS像素探测器升级的候选者，因为它们确保了高通量下的辐射硬度。它们与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片互连。此外，n-in-p技术仅需要单侧处理，因此它是目前在LHC实验中采用的n-in-n像素技术的具有成本效益的替代方案。在CERN SpS和汉堡DESY对这些装置进行了高精度的束流试验测量。我们研究了这些传感器在不同的偏置电压和不同的光束入射角的行为，最大的一个预期的新的插入B层的ATLAS和HL-LHC探测器。与150 $\mathrmμ$米薄传感器，组装新的ATLAS FE-I4芯片和照射高达4 $\times$ 10 $^{15}\mathrm{n}_{\mathrm{eq}}/\mathrm{cm}^2$的注量，获得的结果表明，他们是很好的候选人更大的半径的硅像素跟踪器的升级的ATLAS探测器在HL-LHC。此外，VTT器件的有源边缘技术最大限度地提高了传感器的有效面积，并减少了材料预算，以满足最内层的要求。VTT模块的边缘像素性能进行了研究，在束流测试实验和分析后，辐照高达5 $\times$ 10 $^{15}…
2014-02-19 hep-ex physics.ins-det
DEPFET Active Pixel Sensors for the Belle II Experiment
耗尽型场效应晶体管（DEPFET）有源像素检测器将第一放大级与完全耗尽型传感器结合在一个器件中，从而即使对于薄传感器也产生非常好的信噪比。DEPFET像素采用MOS技术生产，具有两个金属层和两个多晶硅层，并已开发用于粒子物理实验中的X射线成像和跟踪。将介绍传感器的概念，并详细介绍操作的各个方面，重点是其在升级后的探测器Belle II上的应用，该探测器正在为日本e+ e-KEKB对撞机的高亮度升级做准备。对优异的空间分辨率的严格要求可以通过小至25 x25 um 2的单元尺寸和最小的材料预算来满足。将描述连接到传感器的读出ASIC以及用于将有源传感器厚度减小到50 μ m的模块设计和减薄技术。将介绍DEPFET原型在实验室和束流测试中的性能，以及高达8 MRad的辐照结果。大量的仿真研究已经作出评估的顶点检测器的DEPFET的Belle II的顶点和跟踪性能。将显示主要性能参数以及项目状态概述
2010-10-18 hep-ex physics.ins-det
Characterization of a CMOS pixel sensor for charged particle tracking
一个原型的CMOS像素传感器命名为SUPIX-1已被制造和测试，以调查的可行性，像素化的希格斯工厂，即圆形电子-正电子对撞机（CEPC）的跟踪器。该传感器采用180 nm CMOS图像传感器（CIS）工艺，由9个不同的像素阵列组成，像素间距、二极管尺寸和几何形状各不相同，以研究放大像素的粒子探测性能。该试验是用Fe-55放射源进行的。观察到的两个软X射线峰用于校准传感器的电荷电压因子。评价了逐像素等效噪声电荷、电荷收集效率和信噪比。提出了一种信号像素聚类的重构方法，并研究了其聚类性能。测试结果表明，$21μ$ m $\times 84μ$ m的像素具有良好的噪声水平和电荷收集性能，满足像素传感器的一般要求。这一贡献表明，CMOS像素传感器与扩大间距，使用CIS技术，可用于跟踪即将到来的碰撞探测器类似的CEPC。
2021-11-30 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
