Feasibility study of multiplexing analog signals from SiPMs for a single layer monolithic PET detector design
本研究通过GATEv8.2模拟单层单片PET探测器模块，探讨将32个SiPM模拟信号多路复用到不同数量输出时的空间分辨率，发现多路复用减少通道数仍能实现良好分辨率，可降低制造成本。
2025-02-11 physics.ins-det
Time resolution and power consumption of a monolithic silicon pixel prototype in SiGe BiCMOS technology
SiGe BiCMOS技术可用于生产超快、低功耗硅像素传感器，即使没有内部增益机制，也能提供最先进的时间分辨率。这种传感器的发展需要识别的主要因素，可能会降低定时性能和传感器的时间分辨率对放大器功耗的依赖性的特性。用IHP Microelectronics的SG13 G2技术生产的原型传感器的$ \mathrm{^{90}Sr} $源进行的测量显示，在7 $ \mathrmμ $ A的放大器电流下的时间分辨率为140 ps，在较高功耗下的时间分辨率为45 ps。仿真结果表明，用于校正时间游动的信号过阈值时间测量的分辨率是影响定时性能的主要因素。
2020-08-28 physics.ins-det
On the performance of large monolithic LaCl3(Ce) crystals coupled to pixelated silicon photosensors
我们调查的大面积辐射探测器的性能，具有高能量和空间分辨率，旨在开发的总能量探测器与伽马射线成像能力，所谓的i-TED。这一新的发展旨在提高飞行时间中子捕获测量的探测灵敏度，而不是常用的C6 D 6液体闪烁总能量探测器。在这项工作中，我们详细研究了读出光电传感器的能量响应的大面积（5050平方毫米）单片氯化镧（Ce）晶体的影响，特别是当取代传统的单阴极光电倍增管的88像素化的硅光电倍增器。使用最大的商用单片SiPM阵列（25 cm 2），像素尺寸为66 mm 2，我们测量了晶体厚度为10，20和30 mm的平均能量分辨率为3.92% FWHM（662 keV）。其中光学过程和特性都被包括以用于闪烁光子的可靠跟踪。在对MC模型进行实验验证后，我们使用我们的MC代码来探索不同光电传感器分割（像素大小和粒度）对能量分辨率的影响。我们的光学MC模拟预测只有边际恶化的光谱性能为33平方毫米的像素。
2018-01-15 physics.ins-det
20 ps Time Resolution with a Fully-Efficient Monolithic Silicon Pixel Detector without Internal Gain Layer
本文提出MONOLITH项目第二款无内部增益层的单片硅像素探测器原型，通过优化传感器与SiGe HBT前端电子学的时间性能，在130 V偏置平台下实现99.8%效率和20 ps时间分辨率。
2023-01-28 physics.ins-det
A nanofabricated, monolithic, path-separated electron interferometer
我们报告了一个自对准，单片电子干涉仪，由两个45 nm厚的硅层分离的20 $μ$ m。该干涉仪是用镓聚焦离子束铣在透射电子显微镜栅上的单晶硅悬臂梁上制作的。使用这种干涉仪，我们证明光束路径分离，并获得在马赫-曾德尔几何干涉条纹，在一个未经修改的200千伏的透射电子显微镜。条纹具有0.32 nm的周期，其对应于硅的$\left[\bar{1}\bar{1}1\right]$晶格平面，并且最大对比度为15%。这种设计可以扩展到毫米级，并用于电子全息术。它还可以用于进行基础物理实验，例如与电子的无相互作用测量。
2016-09-12 physics.ins-det
Time Resolution of a SiGe BiCMOS Monolithic Silicon Pixel Detector without Internal Gain Layer with a Femtosecond Laser
本研究利用飞秒激光评估MONOLITH项目单片硅像素探测器的时间分辨率，在2.7 W/cm2功率下对1200和11k电子信号分别测得45 ps和3 ps，并与束流测试对比分析电荷收集抖动。
2024-02-11 physics.ins-det
Testbeam Characterization of a SiGe BiCMOS Monolithic Silicon Pixel Detector with Internal Gain Layer
本研究对Horizon 2020 MONOLITH项目的带内部增益层SiGe BiCMOS单片硅像素ASIC原型开展试验束测试，验证了其高探测效率与优异时间分辨率，为高性能像素探测提供了技术支撑。
2024-12-10 physics.ins-det
A 50 ps resolution monolithic active pixel sensor without internal gain in SiGe BiCMOS technology
采用IHP Mikroelektronik的SG 13 G2 130 nm SiGe BiCMOS技术生产了专为高时间分辨率设计的单片像素化硅探测器。该概念验证芯片包含65 μm和130 μm边的六边形像素。所实现的SiGe前端电子器件分别为70和220 fF的像素电容提供90和160个电子的等效噪声电荷，并且总时间步行小于1 ns。实验室测量与90锶源显示的时间分辨率为50 ps的顺序。这一结果与集成雪崩增益机制的硅技术具有竞争力。
2019-08-26 physics.ins-det
Initial performance assessment and calibration techniques of the production monolithic silicon pixel detector ASIC for the detection of electromagnetic showers of TeV energy in the FASER experiment at the LHC
FASER 实验开发了 W-Si 预簇射探测器以区分 TeV 量级紧密光子对，对基于 130 nm SiGe BiCMOS 技术的生产型单片硅像素 ASIC 的测试表明其核心组件运行正常，并提出了两种利用 ADC 值重建电荷的校准方法。
2024-09-26 hep-ex physics.ins-det
Performance of a TiN-coated monolithic silicon pin-diode array under mechanical stress
卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）将使用高度分段的单片硅pin二极管焦平面探测器（FPD）探测通过其电磁光谱仪的氚β衰变电子。该pin二极管阵列将位于一块500 μ m厚的硅上，氮化钛（TiN）涂层探测器像素与弹簧针制成的前端电子器件之间存在接触。弹簧针将在探测器上施加高达50 N的总作用力，使其变形，并在硅块中产生高达50 MPa的机械应力。我们已经评估了一个原型pin二极管阵列与弹簧针连接方案类似的KATRIN FPD。我们发现，弹簧针使良好的电接触TiN和观察检测器的分辨率或反向偏置漏电流，这可以归因于机械应力没有影响。
2012-02-01 nucl-ex physics.ins-det
Developing a Monolithic Silicon Sensor in a 65 nm CMOS Imaging Technology for Future Lepton Collider Vertex Detectors
本文介绍DESY Tangerine项目开发65 nm单片CMOS有源像素传感器，通过TCAD与蒙特卡罗仿真及测试芯片测量优化设计，以满足未来轻子对撞机顶点探测器对时间和空间分辨率的要求。
2023-03-31 physics.ins-det
A Semi-Monolithic Detector providing intrinsic DOI-encoding and sub-200 ps CRT TOF-Capabilities for Clinical PET Applications
当前的临床PET系统利用探测器，其中闪烁体通常包含3 - 6 mm宽和约20 mm高的单个元件。虽然提供了良好的TOF性能，但这种设计限制了空间分辨率，并导致径向散光，因为DOI仍然未知。我们提出了一种替代方案，旨在结合目前的探测器的优势与DOI能力显示单片概念，基于半单片放大器（板坯）。通过含有数字SiPM的64通道光电传感器读出尺寸为3.9 X 32 X 19 mm 3的8个单片LYSO板的阵列。在探测器的单片和DOI方向上的位置估计是基于利用扇形束准直器和机器学习技术梯度树提升（GTB）的校准。考虑到300 - 700 keV的宽能量窗口，我们实现了DOI的平均绝对误差（MAE）为1.44 mm和2.12 mm的定位性能。能量分辨率为11.3%。我们建立了一种基于分析和机器学习的定时校准方法，并将其应用于第一光子触发。的分析定时校准校正电子和光学的时间偏差，导致240 ps的符合分辨时间（CRT）的一对平板探测器。通过利用GTB基于特定的训练数据预测时间差并应用于分析校准之上，CRT得到了显着改善。我们实现了209 ps的宽能量窗口和198 ps的窄选择周围的峰（411 - 561 keV）。为了保持检测器的灵敏度，在处理过程中没有对数据应用滤波器。总体而言，半单片检测器提供了有吸引力的性能特征。特别是，可以实现良好的CRT，同时将DOI功能引入探测器，使该概念适用于临床PE…
2022-11-16 physics.ins-det physics.med-ph
A novel DOI Positioning Algorithm for Monolithic Scintillator Crystals in PET based on Gradient Tree Boosting
在正电子发射断层成像（PET）中，单片晶体被用作分段闪烁体阵列的替代品。整料提供良好的能量、定时和空间分辨率，包括内在相互作用深度（DOI）编码。DOI允许减少PET环内偏心位置处的视差误差（径向散光）。我们提出了一种新的DOI估计方法的基础上监督机器学习算法梯度树提升（GTB）。GTB基于顺序二元比较（决策树）构建预测回归模型。GTB模型已被证明是可实现的FPGA，如果内存需求适合可用的资源。我们提出了两种优化方案，以获得最佳的定位性能：一种是限制可用内存以实现未来的FPGA实现，另一种是没有任何限制。GTB模型的定位性能进行了比较与DOI估计方法的基础上，一个单一的DOI可观测（SO）的文献中提出的其他方法。对于一个12毫米高的整体，我们实现了平均空间分辨率为2.15毫米和2.12毫米半高宽SO和GTB模型，分别。与SO模型相比，GTB模型在整个晶体深度上显示出几乎均匀的定位性能。
2018-12-04 physics.ins-det physics.med-ph
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
Evaluation of semi-monolithic scintillators with integrated RF shielding material for a higher integration of PET/MRI systems
将PET集成到MRI中以形成混合系统通常需要对两个子系统进行折衷。例如，集成可能以减小PET探测器高度或减小MRI检查体积直径为代价。在这里，我们提出了一个所谓的共享体积的概念，更有效地使用两个子系统所需的体积，其中MR的闪烁体的透明度是利用集成到PET探测器的闪烁体的RF屏蔽。半单片闪烁体原型（PVC板）的7毫米和12毫米的高度与集成铜箔之间的每一个和每隔一个平板，分别进行了调查，以评估屏蔽效果（SE）。在测试台系统上用探针测量SE。此外，通过在三种LYSO闪烁体配置中使用梯度树增强、能量和定时分辨率（使用数字SiPM阵列（DPC 3200、PDPC））确定定位来评价PET探测器性能：ESR分离（Slab $\mathrm{_{ESR}}$）、其间带铜箔的ESR（Slab $\mathrm{_{ESR+Cu}}$）和纯铜箔分离（Slab $\mathrm{_{Cu}}$）。在每个平板和12 mm高度之间具有屏蔽的原型显示出与支撑框架组合的最高SE，为31 dB（平均值）。虽然Slab $\mathrm{_{Cu}}$最适合定位，其次是Slab $\mathrm{_{ESR}}$和Slab $\mathrm{_{ESR+Cu}}$，但Slab $\mathrm{_{ESR}}$具有最佳能量分辨率（10.6%），其次是Slab $\mathrm{_{ESR+Cu}}$（11.2%）和…
2022-08-22 physics.ins-det physics.med-ph
Characterization studies of Silicon Photomultipliers and crystals matrices for a novel time of flight PET detector
本文描述了一种新型正电子发射断层成像（PET）探测器，即EndoTOFPET-US系统的外板的晶体矩阵和硅光电倍增器阵列的表征。EndoTOFPET-US合作旨在将飞行时间PET与超声内窥镜集成在一种新型多模式设备中，能够支持前列腺和胰腺肿瘤新生物标志物的开发。探测器由两部分组成：安装在超声探头上的PET头和外部PET板。PET图像的1 mm空间分辨率这一具有挑战性的目标需要具有小晶体尺寸的探测器，因此需要高通道密度：由硅光电倍增器（SiPM）单独读出的4096个LYSO晶体构成外部板。这些部件的质量和性能必须在组装前进行评估。测量了SiPM的暗计数率、增益、击穿电压和相关噪声，而LYSO晶体在光产额和能量分辨率方面进行了评估。为了有效地减少PET图像中的噪声，伽马检测的高时间分辨率是强制性的。测量了所有与晶体组装的SiPM的符合时间分辨率（CTR），结果显示接近200 ps FWHM的要求目标的值。针对每个通道评估光输出以用于初步检测器校准，示出了针对511 keV相互作用在SiPM上发射的平均约1800个像素。最后，在511 keV的平均能量分辨率约为13%，足以有效的康普顿排斥。
2015-01-17 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
Spatial resolution for gamma ray interactions in stacks of monolithic silicon sensors
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Karolinska University Hospital（卡罗林斯卡大学医院）；University of Trento（特伦托大学）
研究用于核医学的康普顿成像中像素大小对空间分辨率的影响，采用两种算法评估，经蒙特卡罗模拟，发现100μm左右像素尺寸可实现几十微米量级空间分辨率。
2026-07-28 physics.ins-det
Development of a mini-PET Detector based on Silicon Photomultiplier Arrays for Plant Imaging Applications
正在开发一种用于植物成像应用的小型PET型检测器系统，其具有紧凑的硅光电倍增器（SiPM）阵列，以取代位置敏感光电倍增器（PSPMT）。除了紧凑性之外，SiPM的使用将允许涉及高强度MRI型磁场的成像设置。后者将允许在植物组织中的初始正电子湮灭的更好的位置分辨率。在目前的工作中，原型阵列进行测试，其响应的均匀性，因为它是已知的PSPMT需要显着的增益补偿上的各个通道，以实现改善的响应均匀性。初始测试表明，SiPM阵列可以在没有任何增益补偿的情况下使用的可能性很高。
2011-01-13 physics.ins-det
Silicon Pixel R&D for the CLIC Tracking Detector
物理目的是在拟议中的高能量$e^+e^-$对撞机CLIC构成具有挑战性的要求，对探测器系统的性能。顶点和跟踪探测器需要精确的命中时间标记，出色的空间分辨率和低质量。为了满足这些要求，全硅顶点和跟踪探测器系统的预见，一个广泛的研究与开发计划，各种新的硅探测器技术正在进行中。对于超低质量顶点探测器，探索了具有创新传感器概念和互连技术的不同混合技术。对于大规模跟踪探测器，研究开发的重点是单片HV-MAPS和HR-CMOS技术。本文概述了目前正在进行的活动，重点是单片技术的CLIC跟踪探测器。最近的结果从实验室和测试束测量活动的ATLASpix_简单和CLICTD传感器原型。
2020-05-20 physics.ins-det
Testbeam results of irradiated SiGe BiCMOS monolithic silicon pixel detector without internal gain layer
本研究对MONOLITH项目的SiGe BiCMOS单片硅像素ASIC原型开展辐照试验与束流测试，测量了不同偏压下探测效率、时间分辨率随质子注量的变化，验证了提升偏压可改善辐照后器件性能。
2024-06-21 physics.ins-det
Prototyping of petalets for the Phase-II Upgrade of the silicon strip tracking detector of the ATLAS Experiment
在大型强子对撞机（HL-LHC）的高光度时代，瞬时光度预计将达到前所未有的值，导致典型的聚束交叉中约200个质子-质子相互作用。为了应对由此带来的占用率、带宽和辐射损伤的增加，ATLAS内部探测器将被全硅系统内部跟踪器（ITk）所取代。ITk由一个硅像素和一个条带探测器组成，并利用了模块化的概念。已对各种条检测器组件进行了原型制作和测试。本文介绍的发展和结果与减少尺寸的结构相当于那些预见到将用于硅条探测器的前向区域。被称为花瓣，这些结构是围绕一个复合材料三明治与嵌入式冷却管和电气磁带路由的信号和电力。使用电子柔性板和硅条传感器构建的检测器模块被粘合在碳结构的前后侧表面上。详细介绍了几种瓣片的组装、测试和评价。显示了机械量和电学量的测量结果。此外，展望了改进的原型计划，大型结构。
2017-11-05 physics.ins-det
Transient Monte Carlo Simulations for the Optimisation and Characterisation of Monolithic Silicon Sensors
对高性能硅传感器的需求不断增长，需要复杂的传感器设计，这对模拟和建模具有挑战性。静电有限元模拟与瞬态蒙特卡罗方法相结合，可同时获得精确的传感器建模和高统计数据。高模拟统计允许包含朗道波动和次级粒子的产生，这提供了一个逼真的模拟场景。瞬态模拟方法是实现传感器的精确时间分辨描述的重要工具，这在面对具有越来越精确的定时能力的新型探测器原型时至关重要。模拟的时间分辨率作为操作参数的函数以及完整的瞬态脉冲可以被监测和评估，这为硅传感器的优化和表征提供了一个新的视角。在本文中，结合静电有限元模拟使用三维TCAD和瞬态蒙特卡罗模拟与Allpix平方框架的单片CMOS像素传感器与一个小的收集二极管，其特征在于由一个高度不均匀的，复杂的电场。结果进行了比较，瞬态三维TCAD模拟，提供了一个精确的模拟的瞬态行为，但计算时间长。此外，模拟基准测试梁的数据和良好的协议被发现的性能参数在很宽的范围内不同的操作条件。
2022-02-09 hep-ex physics.ins-det
High detection efficiency silicon single-photon detector with a monolithic integrated circuit of active quenching and active reset
硅单光子探测器（SPD）是用于探测可见光波长范围内的单光子的关键器件。光子探测效率（PDE）是硅SPD最重要的参数之一，并且在许多应用中高度要求提高PDE。本文提出了一种用有源猝熄和有源复位单片集成电路（AQAR）提高硅SPD偏微分方程的实用方法。AQAR集成电路是针对高击穿电压（250-450 V）的厚硅单光子雪崩二极管（SPAD）设计的，采用高压0.35- $μ$ m双极CMOS-DMOS工艺制作而成。AQAR集成电路实现了~ 68 V的最大过渡电压，30 ns的猝灭时间和10 ns的复位时间，这可以很容易地通过将过量偏置调节到足够高的水平来将PDE提升到上限。利用AQAR集成电路，我们设计并表征了两个单光子探测器，其SPAD是从商业产品的单光子计数模块（SPCM）上拆卸下来的。与原始SPCM相比，在785 nm处，PDE值分别从68.3%增加到73.7%和69.5%增加到75.1%，暗计数率和后脉冲概率适度增加。我们的方法可以有效地提高性能的实际应用需要硅SPD。
2020-11-19 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Sub-10ps Monolithic and Low-power Photodetector Readout
光子探测器的最新进展已经产生了提供许多性能和成本优势的高密度成像阵列。特别是，某些器件的出色的渡越时间扩展显示出在诸如正电子发射断层成像（PET）等应用中提供切实益处的前景。与此同时，高密度、高性能读出技术没有跟上利用这些发展的步伐。用于下一代高事件率粒子识别和时间分辨PET的光电探测器读出需要高度集成、低功耗和成本效益高的读出技术。我们提出了快速波形采样作为一种方法，满足这些标准，并证明，子10ps的分辨率可以获得现有的设备。
2008-05-15 physics.acc-ph physics.ins-det
Development of the Pixelated Photon Detector Using Silicon on Insulator Technology for TOF-PET
为了测量闪烁体中的光发射模式，要求光电探测器具有更高的灵敏度和更快的响应速度。例如单光子雪崩二极管（SPAD），常规像素化光电探测器在盖革雪崩倍增下操作。然而，SPAD的高增益似乎很有吸引力，单位面积的光子探测效率低。这一弱点主要是由盖革雪崩机制引起的。为了克服这些困难，我们采用绝缘体上硅技术（SOI-Plaid）设计了像素化线性雪崩积分探测器。为了避免暗计数噪声和死区时间来自淬火电路，我们计划使用APD在线性乘法模式。SOI技术使读出电路和APD层实现叠层，在线性APD增益较小的情况下，实现高速低噪声信号读出。本研究利用SOI制程设计线性APD。设计了线性APD的测试元件组，考察了线性APD的最佳结构。
2015-07-24 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
Silicon photomultiplier readout of a monolithic 270$\times$5$\times$5 cm$^3$ plastic scintillator bar for time of flight applications
200-1000 MeV中子的探测需要大量的探测器材料，$\sim$ 100 cm，因为这些粒子的核相互作用长度很长。在FAIR的NeuLAND中子飞行时间探测器的示例中，这是通过使用由快速塑料制成的270 $\times$ 5 $\times$ 5 cm $^3$的3000个单片闪烁体条来实现的。在两个长端上读出每个条，并且使用快速定时光电倍增管达到$σ_t$ $<$ 150 ps的所需时间分辨率。在目前的工作中，它是研究是否硅光电倍增器（SiPM）的光传感器可以代替。利用皮秒激光系统进行了实验，以确定由SiPM和SiO2组成的组件的时序响应。使用ELBE超导电子直线加速器提供的30 MeV单电子，也包括闪烁体的整个系统的响应进行了研究。ELBE数据匹配一个简单的Monte Carlo模拟，他们被发现遵守反平方根标度律。在电子束测试中，用纯SiPM读出达到了$σ_t$ = 136 ps的时间分辨率，完全在NeuLAND的设计参数范围内。
2016-01-18 nucl-ex physics.ins-det
Module concept and thermo-mechanical studies of the silicon-based TT-PET small-animal scanner
TT-PET合作正在开发一种MRI兼容的小动物PET扫描仪，其中敏感元件是单片硅像素ASIC，目标是30 ps RMS时间分辨率。光子检测技术基于高Z光子转换器和100个$\mathrm{μm}$硅传感器的交替层的堆叠，以产生具有0.5 $\mathrm{\times}$ 0.5 $\mathrm{\times}$ 0.2 $\mathrm{mm^{3}}$粒度的扫描器，用于精确的相互作用深度测量。在本文中，我们提出了预期的数据速率，飞行时间和空间分辨率，以及图像重建的性能和不使用定时信息的模拟研究的结果。
2019-03-12 physics.ins-det physics.med-ph
Radiation Tolerance of SiGe BiCMOS Monolithic Silicon Pixel Detectors without Internal Gain Layer
研究MONOLITH项目无内部增益层SiGe BiCMOS单片硅像素探测器在质子辐照下的性能，证实其在1e16 n_eq/cm^2通量下仍保持良好信噪比与低时间抖动。
2023-10-30 physics.ins-det
High-density and scalable graphene Hall sensor arrays through monolithic CMOS integration
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Northwestern University（西北大学）
本文提出通过垂直连接石墨烯霍尔传感器与硅CMOS偏置和乘法电路实现高密度石墨烯霍尔传感器阵列，验证了单片集成的可行性，推动了磁传感技术的发展。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci 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
Cracking under pressure --- investigating mitigation approaches for silicon fractures on ATLAS strip tracker petals at cold temperatures
Fudan University（复旦大学）
针对大型强子对撞机高亮度升级中ATLAS实验全硅内跟踪器低温下硅传感器开裂问题，本文基于粘合剂选择及沉积模式修改提出缓解策略，能有效防止低温下开裂，减少冷却系统故障时的裂缝比例。
2026-07-29 physics.ins-det
Silicon Drift Detector Readout Electronics for a Compton Camera
康普顿照相机成像的原型探测器正在开发中。具有片上电子器件的19通道硅漂移检测器的单片阵列将用作原型系统的散射检测器。为该探测器定制设计的模拟和数字读出电子器件首先通过使用单电池硅漂移探测器进行测试。本文介绍了读出架构，并提出了测量结果。
2003-11-05 physics.ins-det
Evaluation of polymer-metal-hybrid bonded wafer-stacks and sensor wafers for ultra-thin hybrid silicon detectors
TU Dortmund University（多特蒙德工业大学）
本文评估了聚合物-金属混合键合技术用于制造超薄混合硅探测器的可行性，通过晶圆级测试验证了键合工艺的稳定性及传感器晶圆与读出芯片的兼容性。
2026-03-14 physics.ins-det
Silicon vertex and tracking detector R&D for CLIC
物理目的是在拟议中的未来高能量线性$e^+e^-$对撞机CLIC构成的探测器系统的性能具有挑战性的要求。特别是，顶点和跟踪探测器必须将几微米的空间分辨率和低材料预算与几纳秒的时间戳精度相结合。对于顶点检测器，细间距传感器，专用65纳米读出ASIC，细间距键合技术，使用焊料凸点或各向异性导电膜，以及单片器件的基础上硅绝缘体技术进行了探索。全单片CMOS传感器与大型和小型收集电极正在调查的大表面CLIC跟踪器。本文概述了CLIC顶点和跟踪探测器的研发，重点关注测试束活动和基于模拟的传感器优化研究的最新结果。
2020-10-21 hep-ex 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
CRYSP: a Total-Body PET based on cryogenic cesium iodide crystals
Donostia International Physics Center（多诺斯蒂亚国际物理中心）；Ikerbasque (Basque Foundation for Science)（伊克拉巴斯基（巴斯克科学基金会））；Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M), Centro Mixto CSIC - Universitat Politècnica de València（分子成像仪器研究所（I3M），CSIC-瓦伦西亚理工大学联合中心）；Universidad del País Vasco (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC & Universitat de València（粒子物理研究所（IFIC），CSIC与瓦伦西亚大学）
CRYSP利用低温铯碘晶体实现高灵敏度全身PET，提供低成本高性能的成像解决方案。
2026-01-02 physics.ins-det physics.med-ph
The new monolithic ASIC of the preshower detector for di-photon measurements in the FASER experiment at CERN
FASER（ForwArd Search Experiment）是一项在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上寻找新的光和弱相互作用粒子的实验。FASER由不同的子探测器组成，包括硅微带探测器、闪烁计数器和电磁热量计。本文介绍了一种用于FASER实验的新型预散射探测器。新的探测器基于单片像素ASIC，将提供出色的空间和时间分辨率以及大的电荷动态范围。IHP在130 nm SiGe BiCMOS技术生产的原型芯片的第一个结果。
2022-10-07 hep-ex physics.ins-det
Monolithic Active Pixel Sensors on CMOS technologies
对撞机探测器利用硅探测器的分辨率和精度至少有四十年了。未来的对撞机将需要大面积的硅传感器，用于低质量跟踪器和采样量热法。单片有源像素传感器（MAPS），其中硅二极管和读出电路结合在同一个像素，并可以在一些标准的CMOS工艺制造，是一个有前途的技术，为高粒度和光探测器。在本文中，我们审查1）的要求MAPS的跟踪器和电磁量能器（ECal）在未来的对撞机实验，2）正在进行的努力，专用MAPS的电子离子对撞机（EIC）在BNL，EIC硅联盟已经实例化，和3）空间出生的应用MeV $γ$ -射线实验与MAPS为基础的跟踪器（AstroPix）。
2022-03-29 hep-ex nucl-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
PETALO: a Time-of-Flight PET with liquid xenon
液体氙具有几个特点，使其适用于核医学的应用，如高闪烁产额和快速闪烁衰减时间。此外，作为具有均匀响应的连续介质，液体氙允许避免基于结晶的常规检测器的大多数几何失真。在本文中，我们描述了这些属性如何激发了正电子发射断层成像扫描仪与飞行时间测量，它结合了液体氙蒸发量和硅光电倍增器作为传感器的新概念的发展。蒙特卡洛研究指出，这项技术将提供出色的固有时间分辨率，低至70 ps。此外，液体氙对UV和蓝色波长的透明性开启了利用闪烁和切伦科夫光用于具有飞行时间能力的高灵敏度正电子发射断层成像扫描仪的可能性。蒙特卡罗模拟指出，使用切伦科夫光获得的时间分辨率为30-50 ps。目前正在建造一个原型，以展示这一概念在能量、时间和空间坐标重建方面的高分辨率，使用的是一个内径30厘米、深3厘米的环，装有对真空紫外线敏感的硅光电倍增器。
2021-02-26 physics.ins-det
The CLICTD Monolithic CMOS Sensor
CLICTD是一种单片硅像素传感器，采用改进的180 nm CMOS成像工艺制造，具有小收集电极设计和高电阻率外延层。它具有创新的亚像素分割方案，并针对快速电荷收集和高空间分辨率进行了优化。该传感器是针对未来紧凑型直线对撞机（CLIC）的跟踪探测器的要求而开发的。最值得注意的是，需要几纳秒的时间分辨率和低于7微米的空间分辨率。在这方面的贡献，在光束测试中测得的传感器性能的重点是最近的研究，使用组件具有不同的厚度（下至50微米，以尽量减少材料预算）和倾斜的粒子轨道。
2020-11-18 hep-ex physics.ins-det
Realistic Monte Carlo simulations of silicon 4D-trackers
本文综述了以Garfield++为代表的蒙特卡罗模拟工具在硅粒子探测器设计中的关键作用，并通过单片有源像素传感器的定时与4D径迹重建案例，验证了模拟预测与实验测量的一致性及其面临的挑战。
2025-05-09 physics.ins-det
Evaluation of Coincidence Time Resolution in a liquid xenon detector with silicon photomultipliers
本研究探索在PET中结合液氙与硅光电倍增管以增强飞行时间分辨率，通过优化原型实现281 ps FWHM的符合时间分辨率，证明液氙可作为传统闪烁体的可行替代方案。
2025-06-27 physics.ins-det physics.med-ph
Monolithic optoelectronic circuit design for on-chip terahertz applications
本文提出单片共面带状线太赫兹光电电路，通过电容耦合和非晶硅开关实现0.05–1.4 THz纯奇模片上产生、传输与探测。
2025-07-28 physics.ins-det physics.optics
Pre-Production and Quality Assurance of the Mu2e Calorimeter Silicon Photomultipliers
Mu 2 e电磁量能计必须提供$\sim$ 100 MeV电子的能量、时间和位置的精确信息。它由1348个未掺杂的CsI晶体组成，每个晶体耦合到两个大面积的硅光电倍增器（SiPM）。一个模块化的和定制的SiPM布局组成的3 $\times$ 2阵列的6 $\times$ 6毫米$^2$ UV扩展单片SiPM已开发，以满足Mu 2 e量热计的要求和150个原型的预生产已采购的三个国际公司（滨松，SensL和Advansid）。对第一批光电传感器进行了详细的质量保证过程：已确定每个SiPM阵列的每个单片电池的击穿电压、增益、猝灭时间、暗电流和光子检测效率（PDE）。每个供应商的一个样品已暴露于高达$\sim$ 8.5~ $\times$ ~10 $^{11}$ 1 MeV（Si）当量的中子通量。n/cm $^{2}$，并且已经观察到暗电流的线性增加高达几十mA。为验证平均失效时间（MTTF）是否大于$\sim$ 10 $^{6}$小时，每个供应商的其他5件样品均接受了加速老化。
2017-12-13 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
Fast emitting nanocomposites for high-resolution ToF-PET imaging based on multicomponent scintillators
本文提出含氧化铪纳米颗粒的聚合物闪烁体并与BGO耦合形成多层结构，利用组分间能量共享激发快发光，使CTR较整块BGO提升25%。
2023-09-26 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
PETALO: Time-of-Flight PET with liquid xenon
由于液体氙的闪烁衰减时间快，闪烁产额高，使其成为核医学的理想材料。此外，作为具有均匀响应的连续介质，液体氙允许避免基于结晶的常规检测器的大多数几何失真。在本文中，我们描述了这些属性如何激发了一个新的概念，正电子发射断层成像扫描仪与飞行时间测量，它使用液体氙作为一种增感材料和硅光电倍增器作为传感器的发展。蒙特卡罗研究表明，该技术将提供非常好的固有时间分辨率，约为70 ps。此外，由于液态氙对紫外线和蓝色波长透明，因此可以利用闪烁和切伦科夫光。虽然前者可用于能量测量，但后者是一种即时信号（几皮秒），可提供非常精确的时间测量。蒙特卡罗模拟指出，使用切伦科夫光获得的时间分辨率为30-50 ps。正在建造第一个原型，以展示这一概念的高能量、空间和时间分辨率，使用内径约30厘米、深3厘米的环，装有真空紫外敏感硅光电倍增器。
2019-11-22 physics.ins-det physics.med-ph
Coincidence detection of spatially correlated photon pairs with a monolithic time-resolving detector array
我们展示了符合测量的空间纠缠光子通过一种新型的基于多像素的检测阵列。所采用的传感器是一个全数字8 $\times$ 16硅光电倍增器阵列，不仅允许光子计数，但也到达光子的分辨率为65 ps的每像素时间戳。连同500 kfps的帧速率，这个属性超过了传统的电荷耦合器件相机的能力，已经成为越来越多的兴趣，用于检测横向相关的光子对。该传感器用于测量自发参量下转换产生的各种非共线纠缠光子的二阶关联函数。实验结果与理论进行了比较。
2016-12-16 physics.ins-det physics.optics quant-ph
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
Monte Carlo characterization of PETALO, a full-body liquid xenon-based PET detector
正电子发射断层成像中的新探测器方法将在降低成本、降低管理的辐射剂量和提高总体性能方面发挥重要作用。PETALO采用液体氙作为有效的闪烁介质，并采用紫外敏感的硅光电倍增器进行闪烁读出。液体氙中的闪烁时间足够快，以记录每个探测到的符合的飞行时间信息，并且产生足够的闪烁，具有足够低的波动，以获得良好的能量分辨率。本模拟研究检查了全身大小的PETALO探测器，并评估其在PET图像重建中的潜在性能。
2023-01-11 physics.ins-det physics.med-ph
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
