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
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
Characterization of the response of IHEP-IME LGAD with shallow carbon to Gamma Irradiation
本文研究了 IHEP-IME 浅碳注入 LGAD 在最高 2 MGy 伽马辐照下的表面损伤特性，结果表明其漏电流、击穿电压、pad 间电阻和电容等关键参数均满足 HGTD 要求，可用于后续优化。
2023-06-09 hep-ex physics.ins-det
Radiation effects on surface and bulk properties of ATLAS18 silicon sensors under low- and high-dose gamma irradiation and annealing
Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic（捷克科学院物理研究所）；Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP)（圣克鲁斯粒子物理研究所）；UJP Praha a.s.（UJP布拉格有限公司）；Experimental Particle Physics Department, Jožef Stefan Institute（约瑟夫斯特凡研究所实验粒子物理部）；Instituto de Microelectronica de Barcelona (IMB-CNM), CSIC（西班牙国家科学研究委员会巴塞罗那微电子研究所）；Institute of Particle and Nuclear Study, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子核研究部）；Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学物理研究所）
研究ATLAS18硅传感器在低剂量和高剂量伽马辐照及退火下的表面和体特性辐射效应，通过对分段微型条传感器和未分段MD8二极管的综合研究，包括多种测量及不同温度退火实验，全面呈现相关效应及热演化情况。
2026-07-16 hep-ex physics.ins-det
Tuning of gain layer doping concentration and Carbon implantation effect on deep gain layer
在卢布尔雅那的JSI设施中，对滨松光子学公司（HPK）和布鲁诺·凯斯勒基金会（FBK）生产的下一代低增益雪崩二极管（LGAD）进行了~ 1 MeV中子辐照前后的测试。将传感器辐照至2.5E15 Neq/cm 2的最大1 MeV等效通量。本文中分析的传感器是从以前的FBK和HPK产品中吸取的经验教训后的改进，这些经验教训已经在以前的论文中报道过。HPK传感器的增益层进行微调，以优化性能之前和之后的照射。相反，FBK传感器结合了碳注入和深增益层的优点，以进一步提高传感器的辐射硬度，并降低了体厚度，以提高定时分辨率。在使用来自90 Sr源的\b{eta} -粒子的电荷收集研究中以及在电容-电压扫描（C-V）中测量传感器性能以确定耗尽增益层的偏压。收集的电荷和定时分辨率作为偏置电压的函数在-30C下测量。最后，示出了耗尽增益层的偏置电压与在传感器中达到一定量的增益所需的偏置电压之间的相关性。HPK传感器在辐照前表现出更好的性能，同时保持了以前生产的辐射硬度。FBK传感器表现出特殊的辐射硬度，允许收集的电荷高达10 fC和40 ps的时间分辨率在最大通量。
2022-01-31 hep-ex physics.ins-det
Development of n-in-p pixel modules for the ATLAS Upgrade at HL-LHC
薄的平面像素模块是有希望的候选人仪器的新的ATLAS像素探测器的HL-LHC的内层，由于减少的贡献，材料预算和照射后的高电荷收集效率。100-200 $μ$ m厚的传感器，互连到FE-I4读出芯片，已在CERN SPS和DESY的放射源和束流测试的特点。报告了辐照前和辐照后器械的这些测量结果，辐照通量高达$14\times10^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^2$。比较了不同传感器厚度的电荷收集和跟踪效率。未来的平面像素传感器生产的前景进行了讨论，重点是传感器设计的像素间距（50 × 50和25 × 100 $μ$米$^2$）预计RD 53协作读出芯片在65纳米CMOS技术。需要优化像素单元中的偏置结构以避免目前在照射后在穿通区域中观察到的命中效率损失。为此目的，不同的布局的性能进行了比较FE-I4兼容的传感器在不同的注量水平，通过使用束流测试数据。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 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了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示关于簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
2016-06-16 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
Thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将对跟踪系统进行重大升级，因为预计LHC（HL-LHC）的高亮度阶段将于2025年左右开始。薄的平面像素模块是有希望的候选人，仪器新的像素系统，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。新的设计的像素单元，具有优化的偏置结构，已实现在n-in-p平面像素生产与传感器厚度为270微米。使用束流测试，在命中效率的增益作为接收到的辐照注量的函数进行了研究。未来的薄平面像素传感器的生产前景将进行讨论，重点是薄传感器的厚度为100和150 μ m和一种新的设计与优化的偏置结构和小像素单元（50 μ m × 50 μ m和25 μ m × 100 μ m）。这些尺寸是预见到的新的ATLAS读出芯片在65纳米CMOS技术和精细分割将代表在HL-LHC的像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了预测50 μ m × 50 μ m像素在高eta下的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中，在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
2016-05-02 physics.ins-det
Optimization of thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将在2025年左右进行，鉴于LHC（HL-LHC）的高亮度阶段，将用新的5层像素系统替换跟踪系统。薄的平面像素传感器是有希望的候选人，仪器的新的像素系统的最里面的区域，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。传感器的厚度为50-150 $μ$ m，互连到FE-I4读出芯片，其特征在于与放射源和束流测试。特别地，已经研究了有源边缘传感器。两个不同版本的边缘设计的性能进行了比较：第一个与偏置环，第二个只有一个浮动保护环已实施。还研究了在$10^{15}$ \neqcm的能量密度下辐照后边缘处的命中效率。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 50 $μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。在这种配置中的命中效率的结果进行了讨论，为不同的传感器厚度。
2017-01-12 physics.ins-det
Irradiation Study Using QA Test Pieces of ATLAS18 ITk Strip Sensors with 80MeV Protons
本文报告了ATLAS18 ITk条状传感器QA测试件在CSNS进行80MeV质子辐照及IHEP测量IV、CV、CCE的研究，并跨机构交叉验证CCE，以支持ITk升级的质量保证计划。
2025-03-25 hep-ex physics.ins-det
Resolution and Efficiency of the ATLAS Muon Drift-Tube Chambers at High Background Rates
在欧洲核子研究中心的伽马辐照设施中，在100 GeV μ子束和高达990 Hz/平方厘米的光子辐照率（相当于ATLAS预期的最高本底率的两倍）下，对ATLAS μ子谱仪的精密漂移管室的分辨率和效率进行了测试。硅条探测器望远镜被用作光束中的外部参考。读出电子设备的脉冲高度测量用于执行时间回转校正，这导致平均漂移管分辨率从104微米提高到82微米，而没有照射，并且在最大预期速率下从128微米提高到108微米。测量的漂移管效率与从读出电子器件的死区时间到最大期望速率的期望值一致。
2016-03-31 hep-ex physics.ins-det
Irradiation Tests and Expected Performance of Readout Electronics of the ATLAS Hadronic Endcap Calorimeter for the HL-LHC
ATLAS强子端盖量热计（HEC）的读出电子器件将不得不承受比其设计值大3-5倍的辐射环境。配备GaAs ASIC并构成读出电子设备核心的计数板和求和板（PSB）受到中子和质子的辐照，其通量超过HL-LHC十年运行的数倍。中子测试在捷克共和国Rez的NPI进行，其中36 MeV的质子束被引导到厚的重水靶上以产生中子。质子辐照是在瑞士维利根的PSI质子辐照设施的PROSCAN区域用200 MeV质子进行的。在这两个测试中的S参数的原位测量允许频率相关的性能参数，如增益和输入阻抗，作为注量的函数的评估。ASIC响应的线性度是在中子试验中直接测量的，具有变化幅度的三角形输入脉冲。所获得的结果允许的HEC的预期性能退化的估计。为了替代PSB芯片，研究了替代技术，并暴露于类似的中子辐射水平。特别是，IHP 250 nm Si CMOS技术已证明表现出良好的性能，并符合所需的规格。目前的PSB设备的性能测量，在HL-LHC条件下的预期性能退化，并从替代技术的结果将被提交。
2013-09-03 hep-ex physics.ins-det
Low Gain Avalanche Detectors with Good Time Resolution Developed by IHEP and IME for ATLAS HGTD project
本文给出了由中国科学院高能物理研究所设计、中科院微电子研究所研制的50 μ m厚低增益雪崩探测器（LGAD）的模拟和测试结果。已经生产了三个晶片，每个晶片具有四种不同的增益层注入剂量。使用不同的生产工艺，包括n++层注入能量和碳共注入的变化。测试结果表明，增益层剂量越大，IHEP-IME传感器的击穿电压越低，增益层电压越高，这与TCAD模拟结果一致。Beta测试结果表明，IHEP-IME传感器在高电压下的时间分辨率优于35 ps，辐照前IHEP-IME传感器收集的电荷大于15 fC，满足ATLAS HGTD项目对辐照前传感器的要求。
2022-01-21 physics.ins-det
Characterization and Performance of Silicon n-in-p Pixel Detectors for the ATLAS Upgrades
现有的ATLAS跟踪器将在粒子注量为10^15 neq/cm ^2（LHC）的情况下达到其功能极限。因此，对于像计划中的可插入B层（IBL）和增加LHC亮度（超级LHC）的情况下更小半径的升级，需要开发新的结构和材料，以应对由此产生的粒子注量。N-in-P硅器件是用于跟踪探测器以实现这些目标的有希望的候选者，因为它们是抗辐射的，成本有效的，并且在辐射后不反转类型。介绍了由CiS公司（德国Erdom）在300 μm厚浮区材料上进行的基于MPP/HLL设计的n-in-p像素生产的特点，并给出了传感器和单片机模块（SCM）的电学性能，包括噪声、电荷收集效率以及用MIP和241 Am源进行的测量。SCM内置传感器，连接到ATLAS读出芯片FE-I3的电流。的表征已进行与ATLAS像素读出系统，照射前和照射后的24 GeV/c质子。此外，初步测试束的跟踪效率和电荷收集，获得与SCM的结果进行了讨论。
2011-04-17 physics.ins-det
An FPGA-based Data Aggregator for the New ATLAS ITK Pixel DCS
针对ATLAS二期升级中新型ITK像素探测器的监测数据传输需求，研发了基于FPGA的MOPS-Hub接口实现数据聚合，并提出单粒子翻转缓解策略，同时给出了质子辐照测试结果。
2024-11-01 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
Optical Link of the Atlas Pixel Detector
ATLAS像素探测器的探测器上光链路包含抗辐射接收器芯片，用于解码PIN阵列上接收到的双相标记信号，以及数据发射器芯片，用于驱动VCSEL阵列。组件安装在混合板（光电板）上。我们介绍了24 GeV质子在32 Mrad（1.2 x 10^15 p/cm ^2）下的辐照研究结果和生产经验。
2007-12-06 hep-ex physics.ins-det
Characterization of new hybrid pixel module concepts for the ATLAS Insertable B-Layer upgrade
ATLAS Insertable B-Layer（IBL）合作计划在现有的像素检测器中插入第四个像素层，以从当前像素系统的最终故障中恢复，特别是b层。此外，IBL将确保LHC第一阶段期间出色的跟踪，顶点和b标记性能，并在高亮度堆积的跟踪中增加鲁棒性。IBL的预期峰值亮度为2至3centerdot 1034 cm-2s-1，IBL的设计积分亮度为700 fb-1。这对应于5centerdot 1015 1 MeV neqcm-2的预期通量和250 MRad的总电离剂量。为了满足这些要求，两个新的模块概念正在研究中，都基于一个新的前端IC，称为FE-I4。该IC被设计为未来ATLAS像素探测器的读出芯片，其第一个应用将是IBL。基于平面像素传感器（PPS）的模块概念得益于其易于理解的设计，该设计与当前ATLAS像素检测器传感器的设计尽可能相似。新的三维（3D）硅传感器技术的第二种方法受益于到电极的较短的载流子漂移距离，其完全穿透传感器体。这两个传感器概念的原型模块已经建立和测试在实验室和测试束环境照射前后。这两个概念表现出非常高的性能，即使在照射到5centerdot 1015 1兆电子伏neqcm-2，并满足IBL规格的命中效率大于97%。最低操作阈值的研究已经生效，并证明独立于所使用的传感器概念的FE-I4的模块概念在低阈值的噪声命中占用方面的优异性能。
2012-02-16 physics.ins-det
Inverse Low Gain Avalanche Detector (iLGAD) Periphery Design for X-Ray Applications
LGAD技术是在粒子物理学领域建立的，是HL-LHC ATLAS和CMS升级定时探测器的基线技术。像素化LGAD已经被提出用于ATLAS和CMS实验的高粒度定时检测器（HGTD）和端盖定时层（ETL）。分割LGAD的缺点是像素之间的非增益区域以及随之而来的填充因子的降低。从这个意义上说，IMB-CNM提出了逆LGAD（iLGAD）技术，以提高填充因子并达到出色的跟踪能力。在这项工作中，我们探索使用iLGAD传感器的X射线应用开发新一代的iLGAD。第一代iLGAD的外围通过TCAD工具进行了优化，通过双面优化使其适合X射线照射。所制备的iLGAD传感器在X射线照射前后均表现出良好的电学性能。第二代iLGAD能够承受相同的电压，与辐照后的第一代iLGAD相反。
2022-06-01 physics.ins-det
Irradiation Studies of TGC Electronics Components for the ATLAS Experiment at High-Luminosity LHC
Graduate School of Science, Nagoya University（名古屋大学理学研究科）；Kobayashi-Maskawa Institute, Nagoya University（名古屋大学小林-益川研究所）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学物理学系）；International Center for Elementary Particle Physics, The University of Tokyo（东京大学基础粒子物理国际研究中心）；Graduate School of Maritime Sciences, Kobe University（神户大学海事科学研究科）；Graduate School of Science, Kobe University（神户大学理学研究科）；High Energy Accelerator Research Organization（高能加速器研究机构）
本文研究了高亮度LHC实验中ATLAS实验薄间隙室前端电子组件的辐射耐受性，评估了多种商用电子组件在高辐射环境下的性能，确认其满足应用需求。
2026-03-04 hep-ex physics.ins-det
Novel Silicon n-in-p Pixel Sensors for the future ATLAS Upgrades
鉴于LHC升级到HL-LHC的阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。n-in-p硅技术是像素升级的一个有前途的候选者，这要归功于它的辐射硬度和成本效益，这允许扩大像素探测器的面积。我们提出了新的n-in-p平面像素传感器的特性和性能，由CiS（德国）通过凸点键合连接到ATLAS读出芯片FE-I3。这些结果是在10^16 1-MeV n_eq/cm ^2能量密度辐照前后获得的，证明了这种传感器在HL-LHC像素系统所预见的恶劣辐射环境中的可操作性。我们还概述了新的像素生产，这是正在进行的CiS的传感器兼容新的ATLAS读出芯片FE-I4。
2012-05-23 physics.ins-det
Radiation-Hard Opto-Link for the Atlas Pixel Detector
ATLAS像素探测器的探测器上光链路包含抗辐射接收器芯片，用于解码PIN阵列上接收到的双相标记信号，以及数据发射器芯片，用于驱动VCSEL阵列。组件安装在混合板（光电板）上。我们给出了光电板和24 GeV质子辐照研究的结果，辐照剂量高达33 Mrad（1.2 x 10^15 p/cm^2）。
2004-10-21 hep-ex physics.ins-det
Thin n-in-p pixel sensors and the SLID-ICV vertical integration technology for the ATLAS upgrade at the HL-LHC
研发活动的重点是为高亮度LHC（HL-LHC）的ATLAS像素系统升级开发新模块。研究了不同有源厚度的n-in-p像素传感器辐照后的性能，同时研究了慕尼黑弗劳恩霍夫研究所EMFT提供的一种新型互连技术，即固液互扩散（SLID），这是标准焊料凸点接合的替代方法。像素模块基于薄n-in-p传感器，具有75 μ m或150 μ m的有效厚度，在MPI半导体实验室（MPI HLL）生产，并且基于100 μ m厚的具有有效边缘的传感器，在芬兰VTT制造。命中效率是从对能量密度高达4 e15 neq/cm ^2的薄器件进行辐照的束流测试数据中得出的。对于有源边缘器件，辐射前的边缘像素的电荷收集性能进行了详细讨论，相对于内部的，使用放射源的测量。除了有源边缘传感器之外，设计四个侧面可对接模块所需的附加成分是将引线接合区域从面向传感器的芯片表面移动到背面的可能性，从而避免悬臂伸出传感器区域之外。该工艺的可行性正在FE-I3 SLID模块中进行研究，其中采用EMFT技术在原始引线键合焊盘的位置蚀刻芯片间过孔，其截面为3 um x 10 um。
2012-10-30 physics.ins-det
Evolution of the electrical characteristics of the ATLAS18 ITk strip sensors with HL-LHC radiation exposure range
本文通过中子和伽马辐照全尺寸 ATLAS18SS 传感器，覆盖 HL-LHC 注量与剂量范围并含 1.5 倍安全系数，系统表征其辐照前后电学特性，验证其在整个运行周期内满足 ATLAS 规范。
2024-10-03 hep-ex 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
Compensated LGAD optimisation through van der Pauw test structures
本研究通过 Technology CAD 模拟与范德堡测试结构，分析了补偿型 LGAD 在极端辐照下两种掺杂注入的演变，评估了施主移除与碳减缓受主移除的效应，优化了其耐辐射增益注入设计。
2025-06-25 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
Gamma irradiation of ATLAS18 ITk strip sensors affected by static charge
Institute of Physics, CAS（捷克科学院物理研究所）；Santa Cruz Institute for Particle Physics, University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校粒子物理圣克鲁兹研究所）；Department of Physics, SFU（西蒙菲莎大学物理系）；TRIUMF（特里厄姆夫实验室）；UJP PRAHA a.s.（布拉格UJP有限公司）；Physics Department, Carleton University（卡尔顿大学物理系）；IMB-CNM, CSIC（西班牙国家科学研究委员会巴塞罗那微观物质物理研究所）；Institute of Particle and Nuclear Study, KEK（高能加速器研究机构粒子核研究部）
研究ATLAS18 ITk条形传感器受静电荷影响的问题，通过用60Co源伽马射线对受电荷影响的传感器进行不同TID值辐照，发现少量累积TID可消除静电荷负面影响，为实际实验中减轻静电荷问题提供信心。
2026-07-23 hep-ex physics.ins-det
Simulations of 3D-Si sensors for the innermost layer of the ATLAS pixel upgrade
LHC的亮度预计将达到3000 fb-1，ATLAS升级计划的最内层将应对更高的占用率并减小像素尺寸。3D-Si传感器是ATLAS像素升级最内层的良好候选者，因为它们在高通量下表现出良好的性能，并且新设计将具有更小的像素尺寸以满足电子预期。本文报道了在IMB-CNM设计的3D-Si传感器的TCAD模拟，该传感器具有为ATLAS像素升级的下一个最内层制造的非通过柱，显示了照射前后的电荷收集响应，以及位于大$η$角度的3D-Si传感器的响应。
2016-06-28 hep-ex 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
Recent test beam results of ATLAS ITk Pixel sensors and modules
CERN（欧洲核子研究中心）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；University of Chicago（芝加哥大学）
通过2025年测试束实验，评估了ITk像素传感器和模块（包括四联和三元模块）的性能，首次在束流条件下测试了辐照前后的三元模块，并研究了不同入射角下的电荷收集效率，为ITk像素模块的全面鉴定提供了关键数据。
2026-05-27 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
A radiation-hard dual-channel 12-bit 40 MS/s ADC prototype for the ATLAS liquid argon calorimeter readout electronics upgrade at the CERN LHC
欧洲核子研究中心大型强子对撞机ATLAS液氩量热计的读出电子升级需要抗辐射ADC。介绍了一种抗辐射双通道12位40 MS/s流水线ADC的设计。该设计包括两个流水线A/D通道，每个通道有四个乘法数模转换器，后面是8位逐次逼近寄存器模数转换器。该定制设计采用商用130 nm CMOS工艺制造，在10 MHz下，单通道40 MS/s时的SNDR性能为67.9 dB，延迟为87.5 ns（到第一位读出），而总功耗为50 mW/通道。该芯片使用两种电源电压：1.2和2.5 V。测量并确定辐照期间对单粒子效应的灵敏度，以满足系统要求。
2017-06-05 physics.ins-det
Neutron and proton tests of different technologies for the upgrade of cold readout electronics of the ATLAS Hadronic Endcap Calorimeter
与LHC的设计目标相比，HL-LHC的总积分亮度的预期增加为10倍，基本上消除了ATLAS强子端盖量热计（HEC）当前冷放大器实现的辐射硬度的安全系数。新的更难辐射的技术已经被研究：SiGe双极、Si CMOS FET和GaAs FET晶体管已经被中子辐照，其积分通量高达2.2 \cdot 10^{16} n/cm 2，并且被200 MeV质子辐照，其积分通量高达2.6 \cdot 10^{14} p/cm 2。晶体管参数的比较，如两种类型的照射的增益。
2012-08-09 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
Prototype ATLAS IBL Modules using the FE-I4A Front-End Readout Chip
ATLAS合作将升级其半导体像素跟踪探测器，在现有的像素探测器和大型强子对撞机的真空管之间安装一个新的可插入B层（IBL）。该位置的极端工作条件需要开发新的辐射硬像素传感器技术和新的前端读出芯片FE-I4。平面像素传感器和3D像素传感器已被研究，以装备这种新的像素层，并使用FE-I4 A原型模块已被制造和表征，使用120 GeV的π介子在欧洲核子研究中心SPS和4 GeV的正电子在DESY，模块照射前后。给出了束流测试结果，包括电荷收集效率、跟踪效率和电荷共享。
2012-09-10 hep-ex physics.ins-det
Design and testing of LGAD sensor with shallow carbon implantation
低增益雪崩探测器（LGAD）是具有快速电荷收集功能的薄型传感器，结合内部增益，可提供约30 ps的出色时间分辨率。2028年升级后的大型强子对撞机（LHC）的高碰撞率和随之而来的大粒子率将导致LGAD的辐射损伤和性能恶化。辐射损伤的主要后果是增益层掺杂的损失（受体去除），这需要增加偏置电压以补偿电荷收集效率的损失以及因此的时间分辨率的损失。中国科学院（CAS）高能物理研究所（IHEP）基于CAS微电子研究所（IME）的能力开发了一种用碳富集增益层以减少辐射对受体去除效应的工艺。在2.5 $\times$ × 10 $^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^{2}$的1 MeV中子当量注量之后，这是传感器将在ATLAS高粒度定时探测器（HGTD）处暴露的最大注量，IHEP-IME第二版（IHEP-IMEv 2）50 $μ$ m LGAD传感器已经提供了足够的电荷收集> 4 fC和时间分辨率< 50 ps，电压<这50个$μ$ m器件的工作电压远低于可能发生单粒子烧毁的电压。
2022-05-31 hep-ex physics.ins-det
Radiation-Hard Asics for Optical Data Transmission in the Atlas Pixel Detector
我们已经开发了两个辐射硬ASIC的ATLAS像素探测器中的光数据传输在欧洲核子研究中心的LHC：垂直腔面发射激光器（VCSEL）二极管的驱动芯片，用于80 Mbit/s的数据传输从检测器，和一个双相标记解码器芯片恢复的控制数据和40 MHz的时钟接收光的PIN二极管。我们已经成功地实现了0.25毫米CMOS技术的ASIC使用封闭布局晶体管和保护环增加辐射硬度。我们给出了最终设计电路的结果，以及用24 GeV质子在80 Mrad（2.6 x 10^15 p/cm^2）下进行辐照研究的结果。
2004-08-10 hep-ex physics.ins-det
System Integration of ATLAS ITK Pixel DCS ASICs
本文介绍ATLAS二期升级中ITK像素探测器DCS ASIC的系统集成，涵盖MOPS-HUB硬件、FPGA固件规格、集成计划及辐照计划。
2022-10-28 hep-ex physics.ins-det
Neutron and proton tests of different technologies for the upgrade of the cold readout electronics of the ATLAS Hadronic End-cap Calorimeter
与LHC的设计目标相比，HL-LHC的总积分亮度的预期增加因子为10，基本上消除了在ATLAS强子端盖量热计（HEC）的当前冷放大器处实现的辐射硬度的安全因子。新的抗辐射技术已经被研究出来：SiGe双极、Si CMOS FET和GaAs FET晶体管已经被中子辐照，其积分注量高达2.2 x 10^{16} n/cm ^2，被200 MeV质子辐照，其积分注量高达2.6 x 10^{14} p/cm ^2。晶体管参数的比较，如两种类型的照射的增益。
2013-01-16 hep-ex physics.ins-det
Radiation-hard ASICs for optical data transmission in the ATLAS pixel detector
我们已经开发了两个辐射硬ASIC的ATLAS像素探测器中的光数据传输在欧洲核子研究中心的LHC：垂直腔面发射激光器（VCSEL）二极管的驱动芯片，用于80 Mbit/s的数据传输从检测器，和一个双相标记解码器芯片恢复的控制数据和40 MHz的时钟接收光的PIN二极管。我们已经成功地实现了0.25毫米CMOS技术的ASIC使用封闭布局晶体管和保护环增加辐射硬度。我们给出了最终设计电路的结果，以及用24 GeV质子在62 Mrad（2.3 x 10^15 p/cm^2）下进行辐照研究的结果。
2004-09-11 hep-ex 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
Selected results from the static characterization of edgeless n-on-p planar pixel sensors for ATLAS upgrades
鉴于LHC的高亮度阶段（HL-LHC）升级，ATLAS实验计划用全硅系统取代内部探测器。n-on-p技术代表了大多数层的模块的有效解决方案，因为该选项具有显著的抗辐射性和降低的成本。还有人要求将非活动区减少到最低限度。ATLAS LPNHE巴黎小组和FBK Trento开始合作开发一种新型的n-on-p无边平面像素设计，该设计基于深沟槽工艺，可以满足所有这些需求。本文报道了选定的结果，从电气特性，辐照前后，测试结构的第一批生产。
2013-12-02 hep-ex 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
Ring oscillator performance of the ATLAS inner tracker pixel readout chip
Paris Saclay University（巴黎萨克雷大学）；Aix-Marseille University（艾克斯-马赛大学）
本文研究了ATLAS内跟踪器像素读出芯片中环振荡器的性能，通过实验和模拟数据分析其在不同环境条件下的表现。
2026-01-21 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
A Radiation-Hard Dual Channel 4-bit Pipeline for a 12-bit 40 MS/s ADC Prototype with extended Dynamic Range for the ATLAS Liquid Argon Calorimeter Readout Electronics Upgrade at the CERN LHC
介绍了一种用于欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机ATLAS液氩量热计读出电路升级的抗辐射双通道12位40 MS/s扩展动态范围流水线ADC的设计。该设计由两个流水线A/D通道和四个乘法数模转换器组成，每个转换器的标称分辨率为12位。该设计采用IBM 130 nm CMOS工艺制造，在2.5 V电源下，单通道SNDR在18 MHz、40 MS/s时的性能为68 dB，而每通道功耗为55 mW，辐照后性能没有下降。各种增益选择算法，以实现扩展的动态范围的实施和测试。
2013-07-31 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
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
Gain layer degradation study after neutron and proton irradiations in Low Gain Avalanche Diodes
本研究针对ATLAS和CMS高亮度升级中LGAD探测器，通过中子和质子辐照实验，比较了HPK和CNM-IMB制造的LGAD增益层退化情况，为探测器性能评估提供依据。
2023-06-20 hep-ex 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
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
A new model for the TCAD simulation of the silicon damage by high fluence proton irradiation
对于大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度阶段，在CMS和ATLAS实验的最内部像素探测器层的预期位置，3000 fb $^{-1}$后的估计等效中子注量为2 $\cdot$ 10 $^{16}$ n $_{eq}$ /cm $^2$，$_2$中的IEL（电离能量损失）剂量为12 MGy。像素传感器的优化和理解它们的性能作为通量和剂量的函数，使得TCAD模拟的辐射损伤模型，它描述了可用的实验数据，非常可取的。现有的体损伤模型不能同时描述$\ge 1\cdot 10^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^2$注量下焊盘二极管的暗电流（I-V）、电容-电压（C-V）和电荷收集效率（CCE）的测量。因此，对于一个新的准确的体损伤模型的开发和验证，我们使用I-V，C-V和CCE测量垫二极管内的CMS-HPK活动和数据，最近用24 GeV/C质子辐照的样品。为了确定辐射损伤参数，我们利用Synopsys TCAD的“优化器”，它允许最小化测量和模拟的I-V，C-V和CCE之间的差异。这种优化的结果，汉堡五阱模型（HPTM），提供了一个一致的和准确的描述二极管的测量与质子辐照的通量范围从3 $\cdot$ 10 $^{14}$ n $_{eq}$ /cm $^2$到1.3 $\cdot$ 10 $^{16}$ n $_{eq}$ /cm $^2$。
2019-04-23 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
