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
Characterization of the demonstrator of the fast silicon monolithic ASIC for the TT-PET project
TT-PET合作正在开发一种基于SiGe BiCMOS技术的单片硅像素传感器的小动物TOF-PET扫描仪。演示芯片是最终探测器ASIC的小规模版本，由一个集成了前端的3 x 10像素矩阵、一个50 ps合并TDC和读出逻辑组成。芯片厚度减薄至100 μm，背面金属化，工作电压为180 V，在最小电离粒子束线上的测试表明，探测效率大于99.9%，时间分辨率低至110 ps。
2018-11-27 physics.ins-det physics.med-ph
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
200 mm Sensor Development Using Bonded Wafers
在过去的30年里，由高电阻率、浮区、硅材料制成的传感器一直是顶点探测器和跟踪器的基础。对于现有CMS跟踪器，这些器械的面积已从几平方厘米增加到$\> 200\ m^2$。高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）、CMS和ATLAS跟踪器升级将分别需要超过$200\ m^2$的硅，CMS高粒度量热计（HGCAL）将需要超过$600\ m^2$。这些设备的组装成本和复杂性与每个模块的面积有关，而每个模块的面积又由硅传感器的尺寸决定。除了大面积外，器件必须抗辐射，这需要使用薄至200微米或更小的传感器。晶片薄化和大晶片直径的组合是一个重大的技术挑战，也是这项工作的主题。我们描述了薄传感器的$200 mm$晶片上使用晶片键合技术的发展工作。报道了浮区、绝缘体上硅和硅-硅键合晶片技术的开发结果。
2020-09-02 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
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
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
In-Silico Optimisation of Tileable Philips Digital SiPM Based Thin Monolithic Scintillator Detectors for SPECT Applications
在过去十年中，核医学辐射探测器领域最重要的技术进步之一是硅光电倍增管（SiPM）传感器的开发。目前，只有少量的基于SiPM的用于单光子发射计算机断层成像（SPECT）应用的辐射探测器已经被探索，并且甚至更少的实验原型被开发。使用Monte Carlo辐射输运建模工具包Geant 4版本10.5对Philips DPC 3200 SiPM基于光电传感器的薄单片闪烁体探测器的SPECT应用的优化设计进行了计算机模拟研究。20种不同的SPECT辐射探测器配置，4种闪烁体材料（NaI（Tl）、GAGG（Ce）、CsI（Tl）和LaBr $_{3}$（Ce））和5种厚度（1至5 mm）的性能通过使用7个品质因数来确定。研究发现，所有四种材料都需要4至5 mm的晶体厚度范围，以确保Philips DPC 3200 SiPM具有可接受的能量分辨率、灵敏度和空间分辨率性能。发现比这更薄的任何材料以及所有四种材料的性能由于在入射伽马/X射线光电吸收之后材料特异性荧光X射线逃逸的高概率而迅速劣化。当考虑到每种材料的磁共振成像兼容性、吸湿性和成本时，发现CsI（Tl）代表用于构建用于SPECT应用的基于可平铺Philips数字SiPM的薄单片闪烁体探测器的最有前途的材料。
2020-07-31 physics.ins-det physics.med-ph
BULLKID: Monolithic array of particle absorbers sensed by Kinetic Inductance Detectors
我们介绍BULLKID，一个创新的声子探测器组成的一个阵列的骰子作为粒子吸收器的多路复用动力学电感探测器（KIDS）。这些骰子被雕刻在一个厚的水晶晶片上，形成一个单片结构。雕刻在晶片中留下一个薄的普通圆盘，既作为骰子的固定器，又作为KID光刻的基底。所呈现的原型由在3”直径、5 mm厚的硅晶片中雕刻的64个5.4 × 5.4 × 5 mm $^3$的骰子的阵列组成，其中0.5 mm厚的公共盘承载60 nm图案化铝层。所得到的阵列是高度分段的，但避免了对每个单元使用专用的保持结构。尽管整个阵列的KID电响应的均匀性需要优化，但具有类似特征的8个单元的操作平均显示出$26\pm7$ eV的基线能量分辨率。这使它成为一个合适的探测器，用于低能过程，如暗物质的直接相互作用和相干弹性中微子-核散射。
2022-09-29 hep-ex physics.ins-det
Recent results with radiation-tolerant TowerJazz 180 nm MALTA Sensors
为了实现未来对撞机的物理目标，有必要开发新的，辐射硬硅传感器的跟踪探测器。我们的目标是用耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）替代混合像素探测器，DMAPS是抗辐射的单片CMOS传感器。我们设计、制造和测试了MALTA系列传感器，这些传感器采用180 nm TowerJazz CMOS成像技术。MALTA具有远低于当前混合像素检测器的像素间距、高时间分辨率（< 2 ns）和跨像素几何形状的出色电荷收集效率。这些传感器具有50-300 $μ$ m之间的总硅厚度，这意味着对于利用这种技术的未来探测器来说，材料预算和多重散射率降低。此外，它们的单片设计绕过了混合传感器中昂贵的凸点接合阶段，可以大幅降低检测器成本。本文介绍了MALTA 2传感器的表征研究的最新结果，包括证明这些传感器的辐射耐受性的结果。
2022-09-09 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Monolithic photonic chips for multi-channel frequency mixers and single photon detectors
钛酸锂光子芯片凭借其优异的光学性能，可以实现多种应用的光学工程。在这封信中，我们展示了单片光子芯片的多通道和频转换的基础上，反向质子交换周期性极化的锂硼酸盐波导，与不同的渠道表现出一致的和优秀的转换效率。为了获得强大的设备并为应用提供方便的接口，集成芯片与两个光纤阵列进行光纤耦合。然后，封装的芯片形成多通道上转换单光子探测器的核心。在每个通道中，输入信号与1950 nm单频泵浦激光器相互作用，并通过硅雪崩光电二极管对和频输出进行光谱滤波和检测。平均探测效率（DE）为23.2%，噪声计数率（NCR）为557计数每秒（cps），30个通道的标准偏差为2.73%和48 cps，以及邻近通道之间的光隔离（OI）大于71 dB，这对于单片光子芯片在深空激光通信、高速率量子密钥分发和单光子成像等领域的广泛应用是极好的。
2020-03-13 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Timing performance of radiation hard MALTA monolithic Pixel sensors
MALTA系列耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）采用塔式180 nm CMOS技术生产，目标是HL-LHC及以后的辐射硬应用。几个工艺修改和前端改进已经导致辐射硬度高达$2 \times 10^{15}~1~\text{MeV}~\text{n}_{eq}/\text{cm}^2$和时间分辨率低于2 ns，具有跨尺寸为$36.4 \times 36.4~μ\text{m}^2$且具有$3~μ\text{m}^2$电极尺寸的像素的均匀电荷收集效率。2021年在高电阻率外延硅和直拉衬底上生产的MALTA 2演示器实现了一种新的级联前端，可降低RTS噪声并具有更高的增益。这篇文章展示了MALTA 2在2021年CERN SPS测试光束活动中纳秒级定时分辨率的结果。
2023-01-31 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
