Development of CMOS monolithic pixel sensors with in-pixel correlated double sampling and fast readout
本文介绍了一种用于带电粒子探测的CMOS有源像素芯片的设计和详细的测试结果，该芯片具有像素内电荷存储功能，可在高达25 MHz的频率下以卷帘快门模式进行相关双采样和读出。该探测器是在未来e+e线性对撞机的顶点跟踪器的研发框架内开发的。
2008-11-12 physics.ins-det
Development of CMOS monolithic pixel sensors with in-pixel correlated double sampling and fast readout for the ILC
本文介绍了一种用于带电粒子探测的CMOS有源像素芯片的设计和详细的测试结果，该芯片具有像素内电荷存储功能，可在高达25 MHz的频率下以卷帘快门模式进行相关双采样和读出。该探测器是在国际直线对撞机顶点跟踪器的研发框架内开发的。
2007-12-17 physics.ins-det
Neutron irradiation test of depleted CMOS pixel detector prototypes
采用Edge-TCT方法研究了在初始电阻率为2 k $Ω$ cm的p型衬底上（LFoundry 150 nm工艺）制作的耗尽型CMOS像素探测器原型在中子辐照前后的电荷收集特性。该测试结构是为HL-LHC升级实验中CMOS工艺跟踪探测器的研究而设计的。测量与被动探测器结构，其中电流脉冲上引起的电荷收集电极可以直接观察到。估算并研究了中子辐照注量对贫化层厚度的影响。在前两个照射步骤后观察到耗尽厚度增加至1 $\cdot$ 10 $^{13}$ n/cm $^{2}$和5 $\cdot$ 10 $^{13}$ n/cm $^{2}$，并归因于初始受体去除。在较高的注量下，由于辐照诱导的缺陷对有效空间电荷浓度有贡献，在给定电压下的耗尽层厚度随注量的增加而减小。该行为与用于标准粒子探测器的高电阻率硅的行为一致。在用1 $\cdot$ × 10 $^{15}$ n/cm $^{2}$照射后，在100 V偏压下测量的耗尽层的厚度大于50 $μ$ m。这足以保证HL-LHC实验中像素跟踪器外层的满意信号/噪声性能。
2017-01-18 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
Fully Depleted Monolithic Active Microstrip Sensors: TCAD simulation study of an innovative design concept
本文介绍了10 $μ$ m间距的微带上的一个完全耗尽的单片有源CMOS技术的模拟研究，并描述了他们的潜力，提供一个新的和具有成本效益的解决方案，粒子跟踪和定时应用。完全耗尽单片有源微带传感器（FD-MAMS）在这项工作中，这是ARCADIA项目的框架内开发的，符合商业CMOS制造工艺。TCAD模拟活动是在即将到来的工程生产运行的角度进行的，目的是设计FD-MAMS，研究其电气特性并优化传感器布局，以提高低电容，快速电荷收集和低功耗操作方面的性能。选择10 $μ$ m的非常精细的间距以提供非常高的空间分辨率。这种小间距仍然允许读出电子器件单片集成在条带间区域中，从而实现长条的分段和分布式读出架构的实现。在模拟中还模拟了总电离剂量为10至10 $^5$ krad的表面辐射损伤效应。模拟结果在时序和低功耗方面表现出良好的性能，并激励研发工作进一步开发FD-MAMS;将通过对2021年初可用的测试结构进行测量，对结果进行实验验证。
2021-01-22 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
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
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
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
Cross talk of a large-scale depleted monolithic active pixel sensor (DMAPS) in 180 nm CMOS technology
本文研究了180 nm CMOS工艺下大规模DMAPS芯片TJ-Monopix2的串扰问题，通过实验室测量和阈值变化分析，评估其在高能物理实验中的高辐射环境下的性能表现。。
2024-02-19 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
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
Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) in a quadruple well technology for nearly 100% fill factor and full CMOS pixels
在本文中，我们提出了一种新的，四阱工艺开发的现代0.18 μ CMOS技术称为INMAPS。在标准工艺的顶部，我们增加了一个深P注入，可以用来形成一个深P阱，并提供从P掺杂外延层屏蔽N阱。这防止了由不相关的N阱（通常是集成PMOS晶体管的N阱）收集辐射感应电荷。设计了一种专门为粒子物理实验量身定制的传感器，其中每个50 μ像素具有超过150个PMOS和NMOS晶体管。该传感器已被制造的INMAPS过程和第一个实验证据的有效性，这个过程中的电荷收集，显示出显着的效率提高。
2008-07-18 physics.ins-det
Radiation Tolerance of CMOS Monolithic Active Pixel Sensors with Self-Biased Pixels
CMOS单片有源像素传感器（MAPS）被提出作为核物理和粒子物理中各种顶点探测器的技术。我们讨论了电离辐射对无死时间的MAPS（即所谓的自偏置像素）的损伤机制。此外，我们还讨论了辐射硬化传感器设计，该设计允许在将探测器暴露于1 Mrad以上的辐射剂量后操作探测器
2009-08-28 nucl-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
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
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
CACTUS: A depleted monolithic active timing sensor using a CMOS radiation hard technology
未来几年大型强子对撞机计划增加亮度，这引发了人们对使用粒子到达时间作为专门探测器的额外信息以减轻堆积影响的兴趣。所需的时间分辨率是几十皮秒的顺序，与1毫米的顺序的空间粒度。在这个精度水平的时间测量也将超越大型强子对撞机和超越高能粒子物理的兴趣。我们在本文中提出的第一个发展对辐射硬耗尽单片有源像素传感器（DMAPS），具有高分辨率的时间测量能力。所选择的技术是一种标准的高压CMOS工艺，结合高电阻率探测器材料，该材料已被证明在数百Mrad的辐射后，可以有效地检测跟踪应用中的颗粒。
2020-05-06 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
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
Characterisation of novel prototypes of monolithic HV-CMOS pixel detectors for high energy physics experiments
计划于2024年对ATLAS实验进行升级，用于LHC的高亮度阶段，并预计将用完全由硅器件制成的新内部跟踪器（ITk）取代现有的内部探测器（ID）。耗尽的有源像素传感器与高电压CMOS（HV-CMOS）技术构建的调查作为一个选项，以覆盖大面积的像素检测器的最外层，是特别感兴趣的单片器件的发展，这将降低生产成本和材料预算相对于本混合组件。为此，H35 DEMO是一款大面积HV-CMOS演示芯片，由KIT、IFAE和利物浦大学设计，并采用AMS 350 nm CMOS技术生产。它由四个像素矩阵和额外的测试结构。两个矩阵包括放大器和放大器级，因此被设计为作为单片检测器操作。在这些装置中，信号主要由通过施加100 V量级的偏置电压获得的小耗尽体积中的电荷漂移产生。此外，为了增强芯片的辐射硬度，该技术允许将电子器件封装在也用作收集电极的相同深N阱中。在这方面的贡献的H35 DEMO芯片的特性和结果的第一束测试测量的单片CMOS矩阵与高能量π介子在欧洲核子研究中心SPS将提交。
2017-05-15 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
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
Characterization of the H2M Monolithic CMOS Sensor
CERN（欧洲核子研究组织）；Brookhaven National Laboratory (BNL)（布鲁克海文国家实验室）
H2M单片CMOS传感器通过改进工艺和设计，实现了高检测效率和低噪声性能，适用于高精度粒子探测应用。
2026-01-16 physics.ins-det
First measurements with monolithic active pixel test structures produced in a 65 nm CMOS process
针对ALICE实验ITS3升级需求，研究人员用65 nm CMOS工艺制备三种测试传感器开展MLR1批次测试，验证了该工艺制备的晶圆级单片有源像素传感器在预期辐照水平下的带电粒子探测性能可行性。
2023-12-13 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
CMOS Monolithic Pixel Sensors based on the Column-Drain Architecture for the HL-LHC Upgrade
耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）构成了ATLAS实验内部跟踪器（ITk）外层的一种有前途的低成本替代品。现代高电阻率CMOS技术的实现通过实现感测体积的实质性耗尽来增强其辐射耐受性。两个DMAPS原型，使用相同的“列漏”读出架构，并基于不同的传感器实现的概念命名为LF-Monopix和TJ-Monopix已开发的大型哈登对撞机（HL-LHC）的高亮度升级。LF-Monopix采用LFoundry 150 nm技术制造，具有$50x250~μm^{2}$的像素尺寸和大收集电极，选择了高辐射耐受性。辐照$1\cdot10^{15}~n_{eq}/cm^{2}$后，检测效率可达99%. TJ-Monopix是一种大规模$(1x2~cm^{2})$原型，具有$36x40~μm^{2}$大小的像素。它是在一个新的TowerJazz 180 nm的修改过程中，使敏感层的完全耗尽，同时采用一个小的收集电极，是不太敏感的串扰制造。由此产生的小传感器电容（$<=3~fF$）被一个紧凑、低功耗的前端利用，该前端经过优化以满足25 ns的时序要求。测量结果表明，传感器的等效噪声电荷（ENC）$\approx11e^{-}$，阈值$\approx300~e^-$，阈值分散$\approx30~e^-$和总功耗低于$120~mW/cm^2$。
2018-09-10 physics.ins-det
The H2M Monolithic Active Pixel Sensor -- characterizing non-uniform in-pixel response in a 65 nm CMOS imaging technology
本文介绍采用TPSCo 65 nm ISC工艺设计的H2M MAPS测试芯片，验证其功能与噪声性能，并分析由n-well布局、较大像素间距及读出电路导致的非均匀像素内响应。
2025-05-15 physics.ins-det
Development of Integration-Type Silicon-On-Insulator Monolithic Pixel Detectors by Using a Float Zone Silicon
在本文中，我们描述了单片像素探测器的发展，通过使用硅绝缘体（SOI）技术的X射线和带电粒子的应用。探测器基于0.2 μ mCMOS全耗尽SOI工艺（Lapis Semiconductor Co.，有限公司）。SOI晶片由用于传感的厚的高电阻率衬底和用于CMOS电路的薄的低电阻率Si层组成。我们开发了集成型SOI像素探测器INTPIX 4，主要用于X射线成像;它由浮区（FZ）或直拉（Cz）硅片制成。自2005年以来，Cz SOI探测器首次使用。2011年后，FZ SOI探测器成功制造。本文叙述了用FZ硅制作SOI单片像素探测器的最新进展和测试结果，并与用CZ硅制作的结果进行了比较。
2018-04-10 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
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
In beam performances of the MIMOSIS-2.1 CMOS Monolithic Active Pixel Sensor
本文介绍用于CBM实验微顶点探测器的MIMOSIS-2.1 CMOS单片有源像素传感器原型，通过增加片上分组电路、改进模拟电源网络并首次采用50 μm外延层提升性能，并报告其在CERN-SPS束流测试中的表现。
2025-02-07 physics.ins-det
Comparison of different sensor thicknesses and substrate materials for the monolithic small collection-electrode technology demonstrator CLICTD
小型收集电极单片CMOS传感器得益于高信噪比和小功耗，但是由于基于薄的高电阻率外延层的制造工艺而具有有限的有源传感器体积。在本文中，有源传感器的深度进行了研究，在单片小收集电极技术演示CLICTD。利用带电粒子束研究了垂直入射和倾斜入射时不同厚度器件的电荷收集特性和性能。在CMOS传感器与高电阻率的直拉衬底，敏感量的深度被发现增加了一个因素，与标准的外延材料相比，两个，并导致显着改善命中检测效率和空间和时间分辨率。
2022-08-30 physics.ins-det
Study of neutron irradiation effects in Depleted CMOS detector structures
本文给出了用LFoundry 150 nm HV-CMOS工艺在p型衬底上制作的不同初始介电系数（0.5 ~ 3 k $Ω$ cm）的无源测试结构的Edge-TCT和I-V测量结果。用反应堆中子辐照样品，中子通量高达2 $\cdot$ 10 $^{15}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$。用Edge-TCT测量耗尽深度。有效空间电荷浓度$N_{\mathrm{eff}}$估计从耗尽深度对偏置电压的依赖性，并作为中子注量的函数进行研究。$N_{\mathrm{eff}}$对注量的依赖性随初始受主浓度的变化与p型硅的其他测量结果一致。对$N_{\mathrm{eff}}$和探测器电流在60 $^\circ$ C下进行了长达1280分钟的长期加速退火研究。发现反向偏置探测器中的$N_{\mathrm{eff}}$和电流的行为与辐照硅的预期一致。
2022-02-15 hep-ex physics.ins-det
Effect and suppression of parasitic surface damage in neutron irradiated CMOS Monolithic Active Pixel Sensors
CMOS单片有源像素传感器（MAPS）被选为STAR、CBM和升级版ALICE-ITS的顶点探测器的传感器技术。它们也构成了未来电子对撞机跟踪装置的一个有价值的选择。这些应用需要对电离辐射和非电离辐射都具有相当大的耐受性。为了实现辐射耐受性的集中优化，通过使用纯电离辐射（例如软X射线）或可用的最纯非电离辐射源（例如反应堆中子）照射器械来测试原型。在第二种情况下，通常假设在中子束中发现的寄生$γ$射线的影响可以忽略不计。我们通过用$γ$ -射线照射MAPS并将产生的辐射损伤与中子照射传感器中的辐射损伤进行比较来验证这一假设。我们认为，寄生辐射剂量可能会造成不可忽视的辐射损伤。基于这些结果，我们提出了一个程序来识别和抑制相关的寄生电离辐射损伤的影响。
2016-07-26 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
Simulations of CMOS pixel sensors with a small collection electrode, improved for a faster charge collection and increased radiation tolerance
具有小收集电极的CMOS像素传感器将小传感器电容的优点与完全单片设计的优点相结合。小的传感器电容导致大的信噪比和低模拟功耗，而单片设计减少了材料预算、成本和生产工作。然而，这种传感器的像素角中的低电场导致增加的电荷收集时间，这使得照射后的完全有效的操作和纳秒量级的定时分辨率对于大于大约四十微米的像素尺寸具有挑战性。本文提出了一个小的收集电极，以克服这些限制，使用三维技术计算机辅助设计模拟的CMOS传感器的概念的发展。所研究的设计使用0.18微米的高电阻率外延层上实现的过程。
2019-05-07 physics.ins-det
From Hybrid to CMOS Pixels ... a possibility for LHC's pixel future?
混合像素探测器已经为LHC发明，使跟踪和顶点在LHC的辐射强烈的环境中成为可能。同时，LHC像素探测器非常成功地实现了他们的承诺，计划中的HL-LHC升级的研发工作正在全面展开，目标是更高的电离剂量和非电离通量。在速率和辐射耐受性方面，混合像素是无与伦比的。但它们也有缺点，最明显的是材料厚度，生产复杂性和成本。与此同时，有源像素传感器（DEPFET，MAPS）也已成为真正的像素探测器，但它们远不能承受来自HL-LHC的速率和辐射。新的MAPS开发，所谓的DMAPS（耗尽MAPS），其是在耗尽区域中具有电荷收集的全CMOS像素结构，已经成为高速率/辐射水平下像素的研发焦点。这个目标也许可以利用HV技术、高欧姆衬底和/或基于SOI的技术来实现。本文涵盖了原型研究的主要思想和一些令人鼓舞的结果，而不是隐藏的困难。
2015-09-30 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
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
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
Charge calibration of MALTA2, a radiation hard depleted monolithic active pixel sensor
本文针对MALTA2 DMAPS传感器提出一种利用Fe-55源和电荷注入电路将探测阈值精确校准到单位电子的方法，并发现实际注入电容与设计值偏差12%，建议对每个传感器分别校准。
2025-01-23 hep-ex 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
Overview of CMOS sensors for future tracking detectors
耗尽型CMOS传感器是未来高亮度对撞机跟踪探测器的主要候选技术之一。其将传感二极管集成到承载前端电子器件的CMOS晶片中的能力允许降低噪声和更高的信号灵敏度。它们适合于高辐射环境，因为可以施加高耗尽电压，并且可以获得相对高电阻率的衬底。CMOS商业制造工艺的使用导致其成本降低，并允许更快地构建大面积探测器。这些设备的最先进的国家的一般观点将在这方面的贡献，以及对这些设备的CERN RD50合作的框架内进行的主要发展的摘要。
2019-10-16 physics.ins-det
On drift fields in CMOS Monolithic Active Pixel Sensors with point-like collection diodes
- 作者撤回的论文-用于带电粒子跟踪的CMOS单片有源像素传感器被认为是重离子和粒子物理学中许多实验的技术。为了在对非电离辐射的耐受性方面匹配这些应用的要求，正在尝试耗尽传统上非耗尽的硅传感器的敏感体积。我们研究了这种方法的可行性的常见情况下，收集二极管的像素是小的像素间距相比。介绍了一个预测这种点状结的耗尽层厚度和电容的解析方程。我们发现，这个方程的预测定性不同的平PN结和$dC/dU$ -测量通常的结果是不适合测量二极管的耗尽深度与点状几何形状。该方程的预测进行了比较与CMOS传感器，这是进行了一种新的测量协议的耗尽深度的测量。结果表明，该方程与实测结果吻合较好。通过比较我们的研究结果与TCAD模拟，我们发现，精确的模拟模型匹配的经验发现，而简化模型高估耗尽深度显着。这一发现的一个潜在的解释介绍和CMOS传感器的设计的后果进行了讨论。
2016-10-29 hep-ex 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
Study of MALTA2, a Depleted Monolithic Active Pixel Sensor, with grazing angles at CERN SPS 180 GeV/c hadron beam
本文研究耗尽型单片有源像素传感器 MALTA2 在 CERN SPS 180 GeV/c 强子束流下、0–60°倾角及辐照前后的探测效率、簇尺寸和耗尽区有效深度。
2025-02-19 hep-ex physics.ins-det
Radiation Hardness of MALTA2 Monolithic CMOS Sensors on Czochralski Substrates
本研究介绍了采用高阻厚直拉硅衬底的MALTA2 DMAPS传感器原型，通过工艺与前端改进实现低功耗等特性，并经CERN SPS试验束验证其在高辐照剂量下的辐射硬度。
2023-08-25 hep-ex physics.ins-det
Tracking and Vertexing with a Thin CMOS Pixel Beam Telescope
我们目前的带电粒子轨道和顶点重建的研究结果与光束望远镜制成的四层50微米薄的CMOS单片像素传感器使用120 GeV的质子在FNAL介子试验束设施。我们比较我们的结果的性能要求，未来的电子+电子直线对撞机的粒子轨道外推和顶点重建精度。
2008-05-11 physics.ins-det
Upgrade of the Belle II Vertex Detector with Depleted Monolithic CMOS Active Pixel Sensors
Marietta Blau Institute for Particle Physics, Austrian Academy of Sciences（玛丽亚·布劳粒子物理研究所，奥地利科学院）；Department of Engineering and Applied Sciences, University of Bergamo（贝加莫大学工程与应用科学学院）；Department of Electrical, Computer and Biomedical Engineering, University of Pavia（帕维亚大学电气、计算机和生物医学工程系）；Dipartimento di Fisica “E. Fermi”, Università di Pisa（比萨大学“E. 费米”物理系）；INFN Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；Aix Marseille Univ, CNRS IN2P3, CPPM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家核物理与粒子物理研究所，普罗旺斯粒子物理中心）；Laboratoire de Physique des 2 infinis Irène Joliot-Curie – IJCLab, Université Paris-Saclay, CNRS IN2P3（巴黎-萨克雷大学，法国国家科学研究中心，法国国家核物理与粒子物理研究所，伊雷娜·约里奥-居里双无限物理实验室）；Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心，高能物理研究所）；Physikalisches Institut, Rheinische（莱茵（威斯特法伦）联邦工业大学物理学院）
Belle II实验为应对更高的亮度，计划升级顶点探测器，采用耗尽单片主动像素传感器，设计高辐射容忍度和低功耗性能。
2026-08-18 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
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
MALTA-Cz: A radiation hard full-size monolithic CMOS sensor with small electrodes on high-resistivity Czochralski substrate
本文介绍了为ATLAS ITk升级研发的抗辐射全尺寸单片CMOS传感器MALTA-Cz，通过优化工艺与特殊注入设计在高阻直拉法衬底上实现小电极制造，在$2\ imes10^{15}$ 1 MeV n$_{eq}$/cm$^{2}$辐照后仍保持优异探测效率，时间分辨率达2 ns。
2023-09-13 physics.ins-det
MiniCACTUS: A 65 ps Time Resolution Depleted Monolithic CMOS Sensor
MiniCACTUS是一种基于150 nm CMOS工艺设计的耗尽型单片传感器原型，旨在用于未来高能物理实验的大规模定时探测器。该传感器通过优化保护环实现高压偏置和快速电荷收集，并在CERN SPS测试束实验中利用片上前端和判别器测量到65.3 ps的时间分辨率。
2023-09-15 physics.ins-det
