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
A cryogenic readout integrated circuit with analog pile-up and in-Pixel ADC for high frame rate Skipper CCD-in-CMOS Sensors
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
该研究开发了一款带模拟堆积和像素内ADC的低温读出集成电路SPROCKET2，适配高帧频Skipper CCD-in-CMOS传感器，实现低噪声、低功耗与高吞吐量。
2026-08-19 physics.ins-det
Design and standalone characterisation of a capacitively coupled HV-CMOS sensor chip for the CLIC vertex detector
传感器和读出芯片之间的电容耦合的概念正在研究中的顶点探测器在拟议的高能CLIC电子正电子对撞机。CLICPix电容耦合像素检测器（C3 PD）是一款有源高压CMOS传感器，设计用于电容耦合到CLICPix 2读出芯片。该芯片采用商用$180$ nm HV-CMOS工艺实现，包含$25$ $μ$ m间距的$128\times128$方形像素矩阵。第一个原型已经生产了一个标准的电阻率为$\sim20$ $Ω$厘米的基板和测试在独立模式。结果显示，对于$4.8$ $μ$ W/像素的功耗，上升时间为$\sim20$ ns，电荷增益为$190$ mV/ke $^{-}$和$\sim40$ e $^{-}$ RMS噪声。的主要设计方面，以及独立的测量结果，提出。
2017-08-08 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
Readout system and testbeam results of the RD50-MPW2 HV-CMOS pixel chip
RD 50-CMOS团队旨在设计和研究用于高辐射环境的高压CMOS（HVCMOS）芯片。目前，测量是在RD 50-MPW 2芯片上进行的，这是该小组开发的第二个原型。原型的有源矩阵由8x8像素和模拟前端组成。模拟前端和模拟的详细信息已经在早些时候发布。这方面的贡献集中在驯鹿的有源矩阵读出系统。有源矩阵的每个像素可以一个接一个地读出。介绍了硬件、固件和软件的相关内容。作为第一阶段，介绍了用于独立设置的固件，并给出了数据流的详细信息。之后，第二阶段的固件能够与其他检测器同步，并接受触发，重点是结合跟踪望远镜的芯片的操作，以测量效率和残差。
2022-12-09 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
A 4-Channel 10-Gbps/ch CMOS VCSEL Array Driver with on-chip Charge-pumps
我们提出了一个4通道10-Gbps/ch的垂直腔面发射激光器阵列驱动器，cpVLAD的设计和测试结果。利用片上电荷泵扩展VCSEL的偏置净空，以实现低温工作和减轻辐射效应。cpVLAD采用65 nm CMOS工艺制造。测试结果表明，在2.5 V电源电压下，cpVLAD能够驱动正向偏压高达2.8 V的VCSEL。cpVLAD的功耗为94 mW/ch。
2020-09-14 physics.ins-det
Design and Performance of the CMS Pixel Detector Readout Chip
CMS像素检测器的读出芯片必须处理巨大的数据速率。片内零抑制是不可避免的，并且命中数据必须在第一级触发的延迟期间被本地缓冲。死区时间必须保持在最低限度。它由来自读出的贡献主导。为了保持其低的模拟读出方案已被采用，其中像素地址是模拟编码的。我们提出了最终CMS像素探测器读出芯片的结构，特别强调模拟读出链。其性能的测量进行了讨论。
2006-02-24 physics.ins-det
Subpixel Mapping and Test Beam Studies with a HV2FEI4v2 CMOS-Sensor-Hybrid Module for the ATLAS Inner Detector Upgrade
高亮度大型强子对撞机的升级将对所有实验的跟踪系统提出前所未有的挑战。在CMOS工艺中设计的有源像素检测器的最新进展为使用无源传感器的成熟混合设计提供了有吸引力的替代方案。本文介绍了一个高压CMOS有源像素传感器的ATLAS跟踪器升级设计的研究。传感器被粘在可插入B层的读出芯片上。被测器件的像素比所附读出芯片的像素更小，输出信号中编码有关于命中CMOS像素的信息（子像素编码）。描述了将读出芯片中记录的命中映射到CMOS像素的测试光束测量，从而验证子像素编码。
2017-02-06 physics.ins-det
An FPGA-based readout chip emulator for the CMS ETL detector upgrade
我们提出了一个基于FPGA的读出芯片仿真器板的CMS端盖定时层（ETL）检测器升级。仿真器板使用Intel Cyclone 10 GX FPGA来仿真四个端盖层读出芯片（ETROCs）的数字功能。基于实际的ETROC设计，实现并验证了固件。仿真器板用于ETROC数字设计验证和系统开发。
2023-02-03 physics.ins-det
Design and Performance of a Custom ASIC Digitizer for Wire Chamber Readout in 65 nm CMOS Technology
我们提出了一个原型ASIC数字化仪的设计和性能集成线室读出，实现在65 nm的商业CMOS技术。4通道原型的每个通道由两个16位时间数字转换器（TDC）、一个8位模数转换器（ADC）、一个前端ADC和整形器以及支持各种数字化链的数字和模拟缓冲器组成。该原型具有多路复用数字后端，可执行状态机，分发控制和定时信号，并缓冲串行输出数据。实验室台架测试测量的绝对TDC分辨率在74 ps和480 ps之间，随着绝对延迟而增长，相对时间分辨率为19 ps。由于时钟信号和电源或参考电压之间的串扰，分辨率异常值可见。校准后，ADC显示出良好的线性度和噪声性能，有效位数为6.9。在正常工作条件下，电路每通道功耗为32 mW。讨论了解决分辨率漂移和拖尾的潜在设计改进。
2015-03-02 physics.ins-det
Characterization of Fully Depleted CMOS Active Pixel Sensors on High Resistivity Substrates for Use in a High Radiation Environment
耗尽型CMOS有源传感器（DMAPS）正在开发用于高辐射环境中的高能粒子物理实验，例如ATLAS高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）。由于通过漂移收集电荷对于恶劣的辐射环境是强制性的，因此需要向高电阻传感器材料施加高偏置电压。本文采用150 nm CMOS工艺在电阻率大于2k Ωcm的衬底上制作了一个DMAPS原型，衬底厚度减薄到100 μm。完全耗尽发生在20 V左右，这远低于110 V的击穿电压。所提出的原型还采用了亚像素编解码的概念，由读出芯片的一个像素读出原型芯片的三个像素。由于辐射耐受性是DMAPS中最大的问题之一，CCPD_LF芯片已经用X射线和中子分别照射到50 Mrad的总电离剂量和10 E15 neq/cm 2的通量。
2016-12-09 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
A Method to Achieve High Dynamic Range in a CMOS Image Sensor Using Interleaved Row Readout
我们提出了一种CMOS图像传感器的读出方案，可以用来实现任意高的动态范围（HDR）的原则。高信号区域中的线性满阱容量（LFWC）通过交错的逐行读出顺序从20 ke $^{-}$扩展到984 ke $^{-}$ 50倍，而噪声基底在低信号区域中保持不变，导致DR增加34 dB。峰值信噪比（PSNR）以连续的方式从43 dB增加到60 dB。这是通过对多次读出的用户选择的行求和来实现的。与标准读出方案相比，当模板拟合投影图案时，质心不确定性降低。由于线性度和PSNR增加，示例应用旨在科学成像。
2022-10-10 astro-ph.IM physics.ins-det
Radiation-induced Effects on Data Integrity and Link Stability of the RD53A Pixel Readout Chip
大型强子对撞机的第二阶段升级将需要新型的像素读出芯片，这些芯片以大幅提高的数据速率提供命中信息，并承受前所未有的辐射水平。大型原型芯片RD53A由RD53合作设计，采用65 nm CMOS工艺制造，适用于ATLAS和CMS实验的最内层。为了验证500 Mrad总电离剂量的辐射硬度设计目标，已使用X射线对RD53A进行了辐照。研究了辐射对数据链路、复位电路和时钟产生的影响。此外，在电源电压和频率方面的操作裕度进行了分析。
2019-05-24 physics.ins-det
Nanopore-Based DNA Sequencing Sensors and CMOS Readout Approaches
基于纳米孔的分子传感和测量，特别是脱氧核糖核酸（DNA）测序，正在快速发展。一些实施例已经从粗颗粒计数器成熟到能够实现全人类基因组组装。这种演变不仅是由传感器本身的改进提供动力，而且还在辅助微电子互补金属氧化物半导体（CMOS）读出电路与它们紧密连接。有鉴于此，本文回顾了已建立和新兴的纳米孔为基础的传感模式考虑DNA测序和CMOS微电子方法目前正在使用。设计/方法/方式读出和放大器电路，这是潜在的适当的调节和转换的纳米孔信号的下游处理进行了研究。此外，阵列CMOS读出实现的重点，以及纳米孔传感器技术的相关现状进行了审查。结果离子通道纳米孔设备具有独特的性能与其他电化学电池相比。目前，生物纳米孔是唯一报道的可用于实际DNA测序的变体。DNA通过这些孔的移位速率、这些细胞工作的电流范围和细胞电容效应都迫使在信号检测过程中使用低噪声电路的必要性。使用像素内低噪声电路的要求又倾向于在大尺寸阵列的实现中施加挑战。独创性/价值-该研究提出了一个概述的读出电路用于在电化学电池阵列中的信号采集，并调查实施纳米孔型电化学电池放大器及其相关的读出电子的具体要求。
2021-10-05 eess.SP physics.ins-det
Skipper-in-CMOS: Non-Destructive Readout with Sub-Electron Noise Performance for Pixel Detectors
Skipper-in-CMOS传感器结合了Skipper-CCD的非破坏性读出与CMOS工艺的高转换增益，实现了单光子计数与高帧率读出，实验证实其读出噪声可降至0.15rms e-。
2024-11-13 astro-ph.IM physics.ins-det
A UV Sensitive Integrated Micromegas with Timepix Readout
本文介绍了一种探测器系统，包括三个组件，CMOS成像阵列，与Micromegas布局和紫外光子敏感CsI反射光阴极的气体探测器结构。所有这三个元素都使用简单的后处理步骤进行了单片集成。Micromegas结构和CMOS成像芯片不受CsI沉积的影响。该探测器在He/异丁烷混合物中工作可靠，单光子电荷增益可达6 \cdot 10 ^4。Timepix CMOS阵列允许单个UV光子的高分辨率成像。该系统的MTF 50为0.4 lp/像素，相当于约7 lp/mm。
2010-03-10 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
An online readout CMOS detector to measure ion spectra produced by high-repetition-rate high-power lasers
介绍了一种适用于强激光实验的带电粒子高重复率在线读出CMOS系统的设计和绝对标定。该系统配备了汤姆逊抛物线（TP）光谱仪，用于阿波罗拍瓦级激光设施，以测量高强度激光靶相互作用产生的质子的光谱。RadEye 1 CMOS矩阵阵列探测器与自定义触发系统配对，用于图像采集。这使我们能够以高重复率远程记录质子和离子信号。后者目前是一次/分钟，但帧抓取使系统能够与例如以10 Hz运行的现代高功率激光器兼容。我们在这里详细的实施，在恶劣的电磁环境中的这种相互作用，该系统，其绝对校准的RadEye CMOS矩阵，这是质子能量从4兆电子伏至20兆电子伏。
2023-03-15 hep-ex physics.app-ph 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
FATALIC: A novel CMOS front-end readout ASIC for the ATLAS Tile Calorimeter
本文介绍了一种新的ASIC架构，在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的高亮度阶段的ATLAS瓦热量计升级计划的背景下设计的。该架构基于耐辐射的130 nm互补金属氧化物半导体技术，嵌入了探测器信号的模拟和数字处理。ASIC的详细描述给出的动机，设计特点和模拟和测量性能。实验研究，在真实粒子束条件下的24个原型单位的基础上，为了证明作为一个可靠的前端读出电子解决方案的架构的潜力。
2018-12-11 hep-ex physics.ins-det
Integrated Circuit Readout for the Silicon Sensor Test Station
描述了用于硅传感器测量的各种芯片。这些芯片基于0.35 um和0.18 um CMOS工艺。几个模拟芯片与自触发/去随机化器一起允许测量为不同目的设计的硅传感器。跟踪系统，量热计，粒子电荷测量系统和其他应用传感器可以通过集成电路与激光或放射源读出进行研究。通过这种测试装置还可以研究硅传感器的电参数。
2009-06-11 physics.ins-det
High-rate, high-resolution single photon X-ray imaging: Medipix4, a large 4-side buttable pixel readout chip with high granularity and spectroscopic capabilities
本文介绍了Medipix4芯片，这是一种用于高计数率能谱X射线成像的四边可拼接像素读出芯片，支持高粒度像素读出并具备单光子能量分箱与电荷共享校正功能。
2023-11-21 physics.ins-det
A Low-Power, Low-Latency, Dual-Channel Serializer ASIC for Detector Front-End Readout
在本文中，我们提出了一个双通道串行器ASIC，LOCx 2，其引脚兼容的备份，LOCx 2 -130，探测器前端读出。LOCx 2采用0.25 μ m硅蓝宝石CMOS工艺制造，每个通道的工作速率为5.12 Gbps，而LOCx 2 -130采用130 nm体CMOS工艺制造，每个通道的工作速率为4.8 Gbps。LOCx 2的功耗和传输延迟分别为900 mW和27 ns，LOCx 2 -130的相应仿真结果分别为386 mW和38 ns。
2020-09-14 physics.ins-det
Measurement of the energy resolution and calibration of hybrid pixel detectors with GaAs:Cr sensor and Timepix readout chip
本文介绍了一种基于GaAs：Cr传感器和Timepix读出芯片的混合像元探测器的逐像元能量校准迭代方法。不同金属的特征X射线的精确测量光谱与像素探测器的分辨率和效率的卷积用于校准。在校准期间还测量探测器的能量分辨率。每像素校准的使用允许实现具有GaAs：Cr传感器的Timepix检测器的良好能量分辨率：分别在60 keV和20 keV下为8%和13%。
2015-01-14 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
LUCAS: A CMOS-Based Fast Readout ASIC for Silicon Photomultipliers -- Measurement and Performance Evaluation
本文提出并评估了用于ToF-CT中SiPM读出的低功耗、超低抖动ASIC LUCAS，通过低输入阻抗电流模式前置放大器设计，在3.2 mW/通道下实现201 ps FWHM的SPTR，显著提升高分辨率ToF-CT成像的时间分辨率并降低功耗。
2025-02-04 eess.SP physics.ins-det
Performance studies of a SiPM-readout system with a pico-second timing chip
本研究针对希格斯工厂实验，开发了55纳米CMOS皮秒定时芯片PIST，并测试了其SiPM读出系统，实现了MIP水平45皮秒和强信号优于10皮秒的定时分辨率，并通过ToT技术将动态范围扩展至40000光电子。
2024-02-04 physics.ins-det
SALSA: a new versatile readout chip for MPGD detectors
SALSA芯片是为EIC项目EPIC实验的MPGD探测器开发的多功能读出ASIC，集成前端、ADC和DSP处理器以处理数据并限制带宽，兼容连续读出与触发环境，计划于2027年量产。
2025-06-25 physics.ins-det
First Results on 3D Pixel Sensors Interconnected to the RD53A Readout Chip after Irradiation to $1\times$$10^{16}$neq cm$^{-2}$
三维柱状像素传感器凸点键合到RD 53 A原型读出芯片获得的结果报告。互连模块已在强子束辐照前和辐照后进行了测试，辐照通量约为$1\times$ $10^{16}$ neq cm $^{-2}$（1 MeV当量中子）。所有呈现的结果都是CMS R&D活动的一部分，考虑到CERN LHC（HL-LHC）高亮度阶段的像素探测器升级。收集的数据的初步分析表明，质子辐照后测得的命中检测效率约为97%。
2019-03-05 physics.ins-det
A Low-Noise CMOS Pixel Direct Charge Sensor, Topmetal-II-
我们报告的CMOS像素直接电荷传感器，Topmetal-II-，在一个标准的0.35微米CMOS集成电路工艺制造的设计和表征。传感器利用每个像素顶部暴露的金属贴片直接收集电荷。每个像素都包含一个低噪声电荷敏感型ADC，用于建立模拟信号，以及一个具有可调阈值的ADC，用于生成命中。来自每个像素的模拟信号可通过整个阵列上的分时复用来访问。命中通过基于列的优先级逻辑结构以数字方式读出。测试表明，该传感器实现了<15 e-模拟噪声和200 e-每像素数字读出的最小阈值。该传感器能够检测气体中漂移的电子和离子。这些特性使得它可以作为未来时间投影室的电荷读出器件，而不需要气体增益机制，在低本底和低速率密度实验中具有独特的优势。
2015-12-22 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
CMOS-compatible titanium nitride for on-chip plasmonic Schottky photodetector
在这里，我们提出氮化钛（TiN）作为替代等离子体材料的芯片上硅等离子体肖特基光电探测器，是基于内部光电发射过程和电信波长的操作。所研究的结构采用非对称金属-半导体-金属波导结构，其中一个电极是金，第二个电极是金、钛或氮化钛。除了这种类型的光电探测器所需的优异光学特性（如高吸收损耗和相当高的介电常数实部）外，氮化钛是一种CMOS兼容材料，可以轻松与现有CMOS技术集成。对于第一次，我们发现一个肖特基势垒高度为0.67 eV的氮化钛p型掺杂硅，这是非常接近的最佳值0.69 eV。该值确保了在1550 nm波长下工作的光电探测器的非常高的信噪比。此外，TiN提供了与Ti相比更短的模式进入金属的穿透深度，这增强了热电子到半导体的传输概率，并提高了响应度。
2019-05-02 physics.app-ph physics.ins-det
The detection of single electrons by means of a Micromegas-covered MediPix2 pixel CMOS readout circuit
通过MediPix 2读出芯片作为直接阳极读出小漂移室。将Micromegas箔放置在芯片上方50 $μ$处，并且在间隙中发生电子倍增。使用He/Isobutane 80/20混合物，气体倍增因子达到数万，导致检测单个电子的效率优于90%。我们记录了许多帧包含2D图像的宇宙μ子轨道。沿着这些轨迹，观察到电子团簇，以及δ射线。
2004-09-09 hep-ex physics.ins-det
High Voltage CMOS Control Interface for Astronomy - Grade Charged Coupled Devices
Pan-STARRS望远镜由一组较小的反射镜组成，由千兆像素的CCD阵列观察。这些焦平面采用正交传输CCD（OTCCD）来实现片上图像稳定。每个OTCCD都具有外部控制的高级逻辑功能。研制了一种CMOS高压接口器件，用于从读出和控制系统STARGRASP提供合适的电压信号电平。OTCCD芯片的输出电平范围为-3.3V至16.7V，根据负载电容（50 pF和1000 pF）的不同，需要两种不同的输出驱动强度，驱动电流为24 mA，上升时间为100 ns。该芯片中还包含其他测试ADC结构，以评估下一版本芯片的未来功能添加。
2008-08-12 physics.ins-det physics.space-ph
The ASD2 Chip for the Upgrade of the ATLAS MDT Chamber Readout at HL-LHC
Max-Planck-Institut for Physics, Munich（慕尼黑马克斯·普朗克物理研究所）；University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）
该研究针对HL-LHC上ATLAS MDT室读出升级需求，采用130nm工艺研发ASD2前置放大器，其性能优于500nm工艺的ASD1，且经测试具备良好环境耐受性，已完成多阶段流片及量产验证。
2026-08-18 physics.ins-det
Electrical Impedance Tomography with an Integrated Picoliter-Volume Subtractive Microfluidic Chamber in 65 nm CMOS
本文首次在 65 nm CMOS 芯片互连层中通过后处理集成皮升体积微流控腔和 16 电极阵列，实现全集成电阻抗层析成像，验证了 CMOS 作为微流控与电子协同集成平台的概念。
2025-08-28 eess.SP physics.ins-det
A Novel Pixel-Chip-Based Region-of-Interest Readout Circuit Design
Central China Normal University（华中师范大学）；Guangxi University（广西大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文面向大面积大阵列像素芯片与气体像素探测器，设计了基于哨兵像素检测、块读出策略的ROIRC电路，在ASIC与FPGA平台实现功能，测试验证其可高效读出低能X射线光电子信号，最高计数率达15k/(cm²·s)。
2025-11-19 hep-ex physics.ins-det
SAMPIC: a readout chip for fast timing detectors in particle physics and medical imaging
本文介绍了法国SAMPIC公司和法国LAL公司研制的新型快速定时读出芯片SAMPIC，以及使用该芯片进行的各种测试结果。
2015-03-16 hep-ex physics.ins-det physics.med-ph
A new 130nm F.E readout chip for microstrip detectors
在线性对撞机（SiLC）研发合作的硅跟踪背景下，采用130 nm CMOS技术设计了一种高度紧凑的混合信号芯片，旨在读取未来国际线性对撞机实验中的硅条探测器。该芯片包括一个完整的模拟信号处理链和模数转换与相应的数字控制和读出通道的88个通道。芯片为5x 10 mm 2，其中模拟实现占总硅面积的4/5。
2009-03-26 hep-ex physics.ins-det
Two low-power optical data transmission ASICs for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter readout upgrade
ATLAS液氩量热计第一阶段升级中，前端光学数据传输需要串行化ASIC和VCSEL驱动ASIC。基准ASIC是串行器LOCx 2和VCSEL驱动器LOCld，采用0.25 μm硅蓝宝石（SoS）CMOS技术设计，功耗分别为843 mW和320 mW。基于130 nm CMOS工艺，我们设计了两个引脚到引脚兼容的备份ASIC，LOCx 2 -130和LOCld-130。它们的功耗比同类产品低得多，而其他性能，如延迟，数据速率和辐射耐受性，满足第一阶段升级的要求。我们提出了LOCx 2 -130和LOCld-130的设计。最后给出了LOCx 2 -130的测试结果。
2020-09-14 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
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
The ATLASPix3.1 CMOS Pixel Sensor Testbeam Performance and Serial Powering Characterisation
本文表征ATLASPix3.1单片HV-CMOS传感器的shunt-LDO串行供电性能，并通过DESY电子束和强子束测试验证其无触发零抑制读出与多芯片运行能力。
2025-02-17 hep-ex physics.ins-det
Time performance of Analog Pixel Test Structures with in-chip operational amplifier implemented in 65 nm CMOS imaging process
面向ALICE ITS3升级，研究表征TPSCo 65 nm CMOS APTS-OA像素原型，最佳变体达到63 ps时间分辨率、99%以上探测效率和2 μm空间分辨率。
2024-10-30 physics.ins-det
Development of a timing chip prototype in 110 nm CMOS technology
我们提出了一个读出芯片的原型，为未来的像素检测器的定时能力。该原型旨在表征像素大小为$100\times100~μ\text{m}^2$的4D像素阵列，其中传感器为低增益雪崩二极管（LGAD）。长期的焦点是在高亮度LHC（HL-LHC）期间CMS实验的扩展前向像素系统（TEPX）中可能更换磁盘。该ASIC的要求是在每个像素内集成时间数字转换器（TDC）、低功耗和高达$5\times10^{15}~n_\text{eq}\text{~cm}^{-2}$的辐射容限，以承受HL-LHC（TEPX中）最内部探测器模块中用于$3000 \text{fb}^{-1}$的辐射水平。LFoundry和UMC采用110 nm CMOS工艺设计并生产了一个原型，具有不同版本的TDC结构，以及与传感器接口的前端电路。TDC的设计将被讨论，与测试设置的测量，和第一个结果比较不同的结构的性能。
2023-02-13 hep-ex physics.ins-det
Embedded FPGA Developments in 130nm and 28nm CMOS for Machine Learning in Particle Detector Readout
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Stanford University（斯坦福大学）
本研究利用开源FABulous框架在130nm和28nm CMOS节点设计并制造了eFPGA，通过模拟高能粒子穿过硅像素传感器验证其作为前端读出芯片的能力，并成功在eFPGA上配置机器学习分类器实现完美精度的数据源减少，为对撞机实验提供了低功耗、高效率且可重构的解决方案。
2024-08-28 cs.AR cs.LG physics.ins-det
PARISROC, a photomultiplier array readout chip
PARISROC是一个完整的读出芯片，在AMS硅锗0.35微米技术，光电倍增管阵列。它是一个前端电子ASIC，允许下一代中微子实验的无源采集。这些探测器安装在百万吨级的水箱中，需要非常大的光电探测面积。由法国国家研究机构资助的一项名为PMm2的研发计划提出，将非常大的光电探测表面分割成由16个连接到自主前端电子设备的光电倍增管组成的宏像素。ASIC允许无固件采集，仅通过网络将相关数据发送到中央数据存储器。这种数据管理大大降低了这些探测器的成本。本文介绍了一种前端电子专用集成电路PARISROC，它集成了完全独立的16个通道，具有可变增益，并提供了一个12位ADC和一个24位计数器的电荷和时间测量。
2009-12-15 physics.ins-det
PARISROC, a Photomultiplier Array Integrated Readout Chip
PARISROC是一个完整的读出芯片，采用AMS SiGe 0.35微米技术[1]，用于光电倍增管阵列。它允许下一代中微子实验的无源获取，它属于法国国家研究机构（ANR）资助的研发计划，称为PMm 2：高能物理和天体粒子中使用的光电探测器阵列的创新电子[2]（参考ANR-06-BLAN- 0186）。该ASIC集成了16个独立的自动触发通道，具有可变增益，并通过Wilkinson ADC和24位计数器提供电荷和时间测量。电荷测量应从1至300个光电子（p.e.）具有良好的线性度。时间测量允许使用10 MHz的24位计数器进行粗略时间测量，并在100 ns斜坡上进行精细时间测量，以实现1 ns的分辨率。ASIC仅通过网络电缆将相关数据发送到中央数据存储器。本文介绍了前端电子专用集成电路PARISROC。
2010-01-08 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
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
CMOS Image Sensors for CEvNS Detection at Nuclear Reactors
University of Chicago（芝加哥大学）；Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学理学院）；CONICET, Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)（阿根廷国家科学研究委员会，布宜诺斯艾利斯大学，布宜诺斯艾利斯物理研究所）；CONICET, Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG), Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) and Universidad Nacional de Córdoba（阿根廷国家科学研究委员会，恩里克·加维奥拉物理研究所，国家原子能委员会和科尔多瓦国立大学）
本研究提出用于反应堆CEvNS探测的CMOS图像传感器，结合主动屏蔽与分析模型，不同性能参数下可在7至50天内于反应堆16米处探测到CEvNS，为相关实验提供有前景的技术平台。
2026-08-11 hep-ex physics.ins-det
Development of CMOS pixel sensors for tracking and vertexing in high energy physics experiments
CMOS像素传感器（CPS）代表了构建带电粒子探测器的新技术途径。CMOS工艺允许将感测体积和读出电子器件集成在单个硅管芯中，从而允许构建每层具有小像素间距（$\sim 20 μm$）和低材料预算（$\sim 0.2-0.3\% X_0$）的传感器。这些特性使CPS成为高能物理实验中顶点和跟踪系统的一个有吸引力的选择。此外，由于用于制造CPS的大规模生产工业CMOS工艺，与更标准的半导体技术相比，制造构造成本可以显著降低。然而，CPS在辐射硬度和读出速度方面的可达到的性能水平主要由市场上可用的CMOS工艺的制造参数而不是由CPS固有潜力决定。商业CMOS工艺朝着更小的特征尺寸和高电阻率外延层的永久演变导致更好的辐射硬度，并允许实现加速读出电路。TowerJazz $0.18 μm$ CMOS工艺是最相关的例子之一，最近引起了几个未来探测器项目的兴趣。这些项目中最紧迫的是LHC ALICE探测器内部跟踪系统（ITS）的升级。随后将在FAIR进行建立信任措施实验的微顶点探测器。其他实验，如ILD，认为CPS是风味标记和跟踪子系统的可行选择之一。
2014-02-10 hep-ex physics.ins-det
