First Measurements on the Timespot1 ASIC: a Fast-Timing, High-Rate Pixel-Matrix Front-End
这项工作提出了在Timespot1 ASIC上进行的第一次测量。作为为TimeSPOT项目开发的第二个原型，ASIC具有32x32通道混合像素矩阵。针对高能物理实验中的时空跟踪应用，该系统旨在通过数据驱动接口以每通道3 MHz的最大事件速率实现30 ps或更好的时间分辨率。功耗可编程为介于$1.2W/cm^{2}$和$2.6W/cm^{2}$之间。所呈现的结果包括ASIC操作的描述和时间分辨率方面的性能的第一表征。
2022-01-31 hep-ex physics.ins-det
Timing Optimisation and Analysis in the Design of 3D silicon sensors: the TCoDe Simulator
摘要：具有计时能力的固态传感器在未来对撞机实验的粒子跟踪技术中正成为绝对需要。从这个意义上说，具有3D结构的硅传感器由于其固有的速度和抗辐射性而成为一种有趣的解决方案。这种装置的一个特征是其性能严格依赖于其几何结构，其可以通过设计广泛优化，因此需要合适的工具来精确建模其行为。本文阐述了TCoDe模拟器的开发，性能和使用，专门用于快速模拟固态传感器中的载流子输运现象。文中还举例说明了该方法在三维传感器设计和分析中的有效性。
2020-10-19 hep-ex physics.ins-det
Towards 6D Tracking: A Study Of Using Fast-Timing For Measuring Track Position, Time, And Angles
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）；Brandeis University（布兰迪斯大学）
本文通过TCAD模拟LGAD探测器，提出利用像素间定时差异的线性模型实现单层角度重建，精度达几度，并指出朗道涨落是限制角度分辨率和重建效率的根本因素。
2026-10-06 hep-ex physics.ins-det
Characterization of timing and spacial resolution of novel TI-LGAD structures before and after irradiation
介绍了新型沟槽隔离LGAD（TI-LGAD）技术的空间和时间分辨率特性。该技术是在FBK开发的，目标是实现4D像素，在单个设备中将精确的位置分辨率与最小电离粒子（MIP）的精确定时确定相结合。在TI-LGAD技术中，像素化LGAD焊盘由在硅中蚀刻的物理沟槽分隔。该技术可以减少像素间死区，缓解填充因子问题。本文研究的TI-RD 50产品是第一个像素化TI-LGAD产品。使用具有红外激光器和$^{90}$ Sr源设置的扫描TCT设置进行表征。
2022-04-19 hep-ex physics.ins-det
In-pixel automatic threshold calibration for the CMS Endcap Timing Layer readout chip
本文介绍了在高亮度LHC升级中CMS端盖定时层（ETL）的像素内自动阈值校准电路的实现和验证。ETL读出芯片（ETROC）的阈值需要定期校准，以减轻电路基线的变化。传统的方法需要通过缓慢的控制系统进行大量的通信，因此非常耗时。本文介绍了一种像素内的自动化方案，在操作时间和可用性的改进。在该方案中，使用一个采样累积电路来测量平均采样输出。应用二进制逐次逼近和线性组合扫描来找到等效基线。实际的校准过程已首先在FPGA固件中实现，并使用ETROC前端原型芯片（ETROC0）进行测试。校准电路已实现与三模冗余（TMR）和验证与单粒子效应（SEES）模拟。一个完整的校准过程持续35 ms，时钟为40 MHz。在最坏的情况下，动态和静态功耗估计分别为300 uW和10.4 uW。该电路设计采用65 CMOS技术实现，将集成到ETROC 2中，ETROC 2是ETROC的下一个迭代，具有16x16像素矩阵。
2021-09-03 hep-ex physics.ins-det
Investigations of Charge Collection and Signal Timing in a multi-pixel Silicon Drift Detector
本研究利用激光系统对7像素TRISTAN硅漂移探测器原型进行表征，揭示了电荷收集与信号定时同探测器几何结构的关系，为KATRIN实验搜寻keV尺度惰性中微子提供探测器响应基础。
2025-06-26 hep-ex physics.ins-det
Challenges for Silicon Pixel Sensors at the European XFEL
硅像素传感器在欧洲XFEL的主要挑战的系统的实验研究。X射线的高瞬时密度和XFEL脉冲的高重复率会导致等离子体效应引起的信号失真和严重的辐射损伤。确定了X射线辐射损伤的主要参数，并研究了它们对p+n传感器的影响。这些研究形成了在欧洲XFEL实验的像素传感器的优化设计的基础。
2012-12-20 hep-ex physics.ins-det
First Annealing Studies of Irradiated Silicon Sensors with Modified ATLAS Pixel Implantations
在多特蒙德设计了基于IBL像素传感器的具有修改的n $^+$注入形状的平面硅像素传感器。像素尺寸为$250\,μ$ m $\times$ $50\,μ$ m的传感器采用n $^+$ -in-n传感器技术制造。电荷收集效率应该随着由不同的n $^+$注入形状产生的电场强度最大值而提高。因此，可以在较低的偏置电压下实现较高的粒子探测效率。将修改的像素设计和IBL标准设计放置在一个传感器上以测试和比较设计。该传感器可以通过FE-I4读出芯片读出。在iWoRiD 2018上，分别在不同的设施上对质子和中子辐照的传感器进行了测量，并显示出不一致的结果。照射过程中的意外退火被认为是两个中子照射传感器的命中检测效率的观察到的差异的解释。这一假设将在这项工作中进行检查和确认，提出了第一次退火研究的传感器照射中子在卢布尔雅那。
2019-10-09 hep-ex physics.ins-det
Planar Pixel Sensors for the ATLAS tracker upgrade at HL-LHC
ATLAS平面像素传感器研发项目是17个研究所和80多名科学家的合作项目。他们的目标是探索高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）跟踪器升级的平面像素传感器的操作。本文总结了n-in-n和n-in-p像素传感器与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片凸点键合的辐射研究成果。摘要包括放射源测试结果和从测试束测量中提取的跟踪效率。${2\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$和${1\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$（$1 \text{MeV}$中子当量）辐照的n-in-n和n-in-p模块的分析结果证实了平面像素传感器的操作用于未来应用。
2012-06-15 hep-ex physics.ins-det
The laser-based time calibration system for the MEG II pixelated Timing Counter
我们已经开发了一种新的基于激光的时间校准系统，高度分段闪烁体计数器，如MEG II像素定时计数器（pTC），由512厘米规模的闪烁体计数器读出的硅光电倍增器（SiPMs）。从实现和精度的角度来看，很难将以前用于传统米级飞行时间探测器的基于激光的校准方法应用于MEG II pTC。本文提出了一种新的基于激光的时间校准系统，可以克服这些困难。通过几个光学元件将激光脉冲分裂到每个闪烁体计数器中，以便我们可以直接测量每个计数器相对于激光发射时间的时间偏移。在实际操作之前，我们仔细测试了所有组件和程序。将激光系统安装到pTC中，并在实际实验条件下进行了全面测试。该系统表现出良好的稳定性，并对大于~10 ps的任何定时变化都很敏感。此外，它显示了48 ps的不确定性，在确定的时间偏移，这符合我们的要求。新方法提供了一个例子，实现了一个精确的定时对准的新型探测器，使SiPM技术的进步。
2019-09-19 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
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
Topmetal-M: a novel pixel sensor for compact tracking applications
Topmetal-M是一款大面积像素传感器（18 mm * 23 mm）原型，于2019年采用新的130 nm高电阻率CMOS工艺制造。它包含400行 * 512列的正方形像素，间距为40 μm。在Topmetal-M中，首次提出了将单片有源像素传感器（MAPS）和Topmetal传感器相结合的新型电荷收集方法。可以收集由传感器中的颗粒和沿着传感器上方的轨道沉积的电离电荷。像素内电路主要由一个低噪声电荷敏感放大器和一个带时间-幅度转换器（TAC）的ADC组成，前者用于建立能量重建信号，后者用于测量到达时间（TOA）。利用该机构，可以测量粒子的轨迹、粒子的撞击位置、能量和到达时间。来自每个像素的模拟信号可通过整个像素阵列上的分时复用来访问。本文将讨论Topmetal-M传感器的设计和初步测试结果。
2022-01-26 hep-ex physics.ins-det
Radiation hard pixel sensors using high-resistive wafers in a 150 nm CMOS processing line
采用8”CMOS工艺技术的像素传感器的设计和特性提供了工业传感器制造的优势，包括大晶圆、高吞吐量和产量以及低成本。像素传感器采用Avezzano的LFoundry提供的150 nm CMOS技术生产。该技术提供了多个金属和多晶硅层，以及可用于AC耦合和再分布层的金属-绝缘体-金属电容器。制造了几种原型，并在辐照至高达1.1 $\times$ 10 $^{15}$ n $_{\rm eq}$ cm $^{-2}$的能量密度之前和之后用最小电离粒子进行表征。CMOS制造的传感器在噪声和命中检测效率方面与标准像素传感器表现相同。AC耦合传感器甚至达到100%的命中效率在3.2 GeV的电子束照射前。
2017-03-02 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
Development of non amplified Depleted MAPS sensors towards 50 ps timing resolution on charged particles
本研究采用LFoundry LF15A 150 nm工艺研制无放大高电压高电阻率CMOS验证传感器MiniCactus V2，在175微米厚、-350 V偏置条件下，用500微米见方像素探测最小电离粒子获60 ps时间分辨率，向50 ps目标推进。
2025-06-16 hep-ex physics.ins-det
Radiation hardness study on a CMOS pixel sensor for charged particle tracking
一个CMOS像素传感器，命名为Supix-1，是为圆形电子正电子对撞机（CEPC）项目的像素化硅跟踪器开发的。该传感器由9个扇区组成，像素大小、二极管大小和几何形状各不相同，采用180 nm CMOS图像传感器（CIS）工艺制造，以研究放大像素的粒子探测性能。本文通过Fe-55放射源的测量和计算机辅助设计（TCAD）的模拟，研究了在1 $\times$ 10^13 1 MeV neq/cm ^2的能量密度下，辐射对传感器电荷收集的影响。因为对于非电离能量损失（NIEL）效应，每年需要6.8 $\times$ 10^12 1 MeV neq/cm ^2的辐射硬度。在测量中，传感器增益已使用Fe-55的k- $α$峰在照射之前和之后校准。对像素级等效噪声电荷（ENC）、电荷收集效率（CCE）和信噪比（SNR）进行了评价。利用自行开发的重构算法研究了辐射对团簇性质的影响。在TCAD模拟中，模拟了两种典型入射粒子碰撞情况下5个$\times$ 5像素矩阵中的电荷收集情况，包括有照射和无照射。测量和模拟表明，面积为21 $μ$ m $\times$ 84 $μ$ m的放大像素，虽然遭受更大的损失比小像素的传感器性能，仍然有令人满意的噪声和电荷收集性能照射后的粒子跟踪在即将到来的对撞机探测器。
2022-02-23 hep-ex 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
Performance of irradiated thin n-in-p planar pixel sensors for the ATLAS Inner Tracker upgrade
ATLAS合作将用新的全硅像素和条带系统取代其跟踪探测器。这将允许应对在LHC加速器复合体（HL-LHC）的亮度增加5倍后预期的更高辐射和占用水平。在新的跟踪检测器（ITk）中，具有增加的粒度的像素模块将实现以保持具有更高轨道密度的占用。此外，构成混合模块的传感器和读出芯片将采用相对于本像素检测器的更多抗辐射技术来生产。由于它们在抗辐射方面的出色性能，薄n-in-p传感器是有希望的候选者，可以用于新像素系统的一部分。将介绍最近生产和开发的新设计传感器。为了在互连到芯片之前测试传感器，已经实施了穿通偏置结构。它的设计已经过优化，以减少可能观察到的跟踪效率损失。辐照后，它们是由穿通偏置结构引起的。设计与ATLAS FE-I4芯片兼容的传感器，其像素尺寸为50 × 250 $\mathrmμ$ m $^{2}$，细分为30 × 30 $\mathrmμ$ m $^{2}$尺寸的较小像素植入物，以研究HL-LHC预见的50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元的性能。利用束流测试和瞬态电流技术获得了50 × 250和50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元在效率、电荷收集和电场特性方面的传感器性能的结果。
2017-09-25 hep-ex physics.ins-det
Thin n-in-p planar pixel sensors and active edge sensors for the ATLAS upgrade at HL-LHC
采用在CiS生产的有源厚度为200 $μ$ m的n-in-p平面传感器和在芬兰的VTT生产的100-200 $μ$ m薄有源/薄边缘传感器器件的硅像素模块已经与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片互连。薄传感器是专为高能物理对撞机实验，以确保在高通量辐射硬度。此外，VTT生产的有源边缘技术最大化了组件的敏感区域，从而减少了靠近束管的像素层中模块的重叠。CiS生产还包括四个芯片传感器，根据计划用于在HL-LHC运行的升级ATLAS像素探测器外层的模块几何形状。该模块的特点是在实验室中使用放射源和高精度的测量，在束流测试，调查在不同的偏置电压和粒子入射角的命中效率和电荷收集性能。不同的传感器厚度和边缘设计的性能进行了比较之前和之后的辐照高达$1.4\times10^{16}n_{eq}/cm^{2}$的能量密度。
2014-11-20 hep-ex physics.ins-det
Silicon Avalanche Pixel Sensor for High Precision Tracking
提出了一种创新的位置敏感像素化传感器的开发，以高精度检测和测量电离粒子的坐标。硅雪崩像素传感器（APiX）基于雪崩像素的垂直集成，雪崩像素成对连接，以全数字模式同时工作，芯片上嵌入了处理电子器件。APiX传感器满足了在大占用情况下需要高空间分辨率的跟踪系统中最大限度地减少材料预算和相关多重散射效应的需求。新传感器的预期操作特性：低噪声、低功耗和合适的辐射耐受性。APiX器件提供关于撞击带电粒子坐标位置的片上数字信息，并且可以被视为像素化阵列的模块化系统的构建块，实现稀疏化读出。技术挑战是CMOS工艺下器件的3D集成和处理电子器件的集成。
2013-11-30 hep-ex physics.ins-det
Performance of Irradiated RD53A 3D Pixel Sensors
在LHC的ATLAS实验将取代其目前的内部跟踪系统的HL-LHC时代。3D硅像素传感器被认为是新的全硅基跟踪探测器最内层的抗辐射候选者。与HL-LHC的第一个原型ASIC（RD 53 A芯片）兼容的具有小像素尺寸的$\mathrm{50 \times 50~μm^{2}}$和$\mathrm{25 \times 100~μm^{2}}$的3D传感器在均匀照射到$\mathrm{5 \times 10^{15}~n_{eq}/cm^{2}}$之后在束流测试中进行了研究。仅需要50 V的操作电压就可以在此注量之后实现97%的命中效率。
2019-03-22 hep-ex physics.ins-det
M.i.p. detection performances of a 100 us read-out CMOS pixel sensor with digitised outputs
目前正在为ILC顶点探测器开发快速、高分辨率的CMOS像素传感器，旨在非常接近相互作用点。一个主要问题是处理由光束相关背景产生的高占用率所需的传感器的时间分辨率。2008年，欧盟项目EudET制造了一款128 x576像素传感器，可在92.5 us的读出时间内提供数字化输出，并在CERN-SPS上进行了带电粒子测试。从噪声、探测效率、空间分辨率和抗辐射能力等方面对该系统的突出性能进行了综述。它们验证传感器架构。
2009-02-16 hep-ex physics.ins-det
Recent progress of the ATLAS Planar Pixel Sensor R&D Project
预计LHC的亮度升级（到2021年峰值亮度增加5-10倍）对ATLAS跟踪器在高亮度时代（HL-LHC）的技术构成了严重的限制。事实上，这种亮度增加导致跟踪检测器的占用和辐射损坏增加。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS平面像素传感器研发项目由17个研究所和80多名科学家组成。研究的主要领域是在最高通量的平面像素传感器的性能，探索降低成本的可能性，使仪器的大面积，实现超薄或积极的边缘设计，以提供低几何效率低，而不需要叠瓦的模块和调查的操作高度辐照传感器在低阈值，以提高效率。在下文中，我将介绍该小组的结果，主要涉及辐照设备的性能，以及对新传感器的研究，包括详细的模拟。
2011-09-27 hep-ex physics.ins-det
Studies of Vertex Tracking with SOI Pixel Sensors for Future Lepton Colliders
本文提出了一种在高阻衬底上用SOI技术的三层单片像素传感器组成的束流描迹仪进行顶点跟踪的研究。我们研究了在CERN SPS上用150和300 GeV/c的π介子进行的π介子-Cu相互作用中的径迹外推精度、双径迹分离和顶点重建精度。在未来的轻子对撞机的顶点跟踪的背景下，结果进行了讨论。
2012-04-13 hep-ex physics.ins-det
Front-end Electronics for Timing with pico-seconds precision using 3D Trench Silicon Sensors
下一代对撞机实验要求跟踪探测器在空间分辨率（几十个$μ\text{m}$）、辐射硬度（$10^{17}~1~$ MeV n $_{eq}/$ cm $^2$）和定时分辨率（几十个ps）方面具有极端的性能能力。最近在TimeSPOT计划中开发的3D硅传感器为应对此类苛刻要求提供了可行的解决方案。为了准确地描述这些新的传感器的定时性能，几个读出板，基于离散有源元件，已设计，组装和测试。相同的电子器件也适用于类似像素传感器的表征，只要要求时序性能在10 ps以下。本文介绍了前端电子所需的一般特性，利用固态传感器与快速定时能力，特别是展示了性能的快速3D硅传感器的测试和表征的开发电子。
2023-01-04 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
ETROC1: The First Full Chain Precision Timing Prototype ASIC for CMS MTD Endcap Timing Layer Upgrade
本文介绍了用于CMS MTD端盖定时层升级的首款全链路精密定时原型ASIC ETROC1，其集成5×5像素阵列与外围电路，并在束流测试中实现每次击中42-46 ps的时间分辨率。
2024-09-03 hep-ex physics.ins-det
The FoCal prototype - an extremely fine-grained electromagnetic calorimeter using CMOS pixel sensors
以单片有源像素传感器为有源元件，研制了硅钨电磁量能器样机。像素尺寸为30 $μ$ m时，它允许数字量热法，即粒子的能量通过计数像素来确定，而不是通过测量沉积的能量。虽然尺寸不大，宽度只有四个莫里哀半径，但它有3900万像素。我们描述的结构和调整的原型和目前的结果，从梁测试和比较它们与基于GEANT的蒙特卡罗模拟的预测。我们以前所未有的细节展示了由电子引起的簇射的形状。能量和位置分辨率的结果也将给出。
2017-11-21 hep-ex physics.ins-det
Study of silicon sensors for precise timing measurement
具有高时间分辨率的硅传感器可以帮助国际直线对撞机（ILC）中的粒子识别。我们正在研究低增益雪崩二极管（LGAD）作为一个高定时分辨率传感器。由于雪崩光电二极管（APD）具有与LGAD相同的倍增结构，因此作为LGAD开发的一个步骤，我们现在专注于表征APD。我们研究了带有放射性同位素粒子的APD的特性。
2020-02-17 physics.ins-det
ISIS2: Pixel Sensor with Local Charge Storage for ILC Vertex Detector
ISIS（原位存储成像传感器）是一种新型的CMOS传感器，具有多电荷存储能力，由线性对撞机风味识别（LCFI）合作开发的ILC顶点探测器。本文报告了在0.18微米CMOS工艺中实现的第二代ISIS传感器ISIS2的测试结果。明确地证明了局部电荷存储和电荷转移。
2010-07-14 hep-ex physics.ins-det
CMOS pixel sensors optimized for large ionizing dynamic
单片有源像素传感器（MAPS）现在被很好地确立为用于跟踪带电粒子的技术，特别是当期望低材料预算时。对于此类应用，传感器专注于空间分辨率，具有数字输出或适度电荷测量能力的像素非常适合。在欧盟的STRONG-2020项目中，该项目侧重于使用强子的实验，TIIMM（最小材料预算的跟踪和离子识别）联合研究活动旨在将颗粒MAPS能力扩展到能量损失（ΔE）测量，用于离子种类识别。TIIMM原型采用Tower Jazz 180 nm CMOS图像传感器（CIS）工艺开发。将时间超过阈值（ToT）方法应用于传感器以用于能量损失测量。在这项工作中的主要设计细节和初步的测试结果，从实验室测量的初始TIIMM原型。
2022-01-24 hep-ex physics.ins-det
Performance of Edgeless Silicon Pixel Sensors on p-type substrate for the ATLAS High-Luminosity Upgrade
鉴于LHC向高亮度LHC（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n-on-p硅技术具有抗辐射性和成本效益，因此它是实现大面积配备像素传感器的有希望的候选技术。本文报道了FBK-CMM生产的新型n-on-p无边缘平面像素传感器的性能，该传感器利用有源沟槽来减少器件外围的死区。在讨论了传感器技术之后，将给出第一束测试结果的概述。
2016-09-07 hep-ex physics.ins-det
Achievements of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
在HL-LHC升级的框架内，ATLAS实验计划引入一个全硅内部跟踪器来应对升高的占用率。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS平面像素传感器研发项目（PPS）由19个研究所和90多名科学家组成。本文概述了该研究和开发项目，并突出了成果，其中包括：平面传感器束流测试结果达到最内层注量（> 10^16 n_eq cm ^2）;用辐照过的薄无边n-in-p像素组件获得的测量结果; SCP技术的最新研究是通过基于划线对已经存在的传感器进行后处理来获得几乎有效的边缘，劈裂和边缘钝化;大面积的原型工作的更新：传感器设计的改进和低成本杂交的概念;二次离子质谱结果和TCAD模拟之间的比较。总之，这些结果允许评估国家的最先进的辐射硬位置敏感跟踪探测器适合大面积的仪器。
2014-11-20 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
Radiation hardness of small-pitch 3D pixel sensors up to HL-LHC fluences
正在为HL-LHC跟踪器升级开发新一代3D硅像素探测器，其像素尺寸为50 $\times$ 50和25 $\times$ 100 $μ$ m $^{2}$。在束流试验中研究了这种探测器在辐照到高达$1.4\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$的注量后的辐射硬度。在此能量密度下，仅需100 V的工作电压即可实现97%的命中效率，在-25 $^{\circ}$ C下的功耗为13 mW/cm $^2$，远低于前几代3D传感器和平面传感器。
2017-07-04 hep-ex physics.ins-det
Recent results of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
ATLAS探测器必须在本十年结束时进行重大更新，以承受大型强子对撞机高亮度升级所产生的占用率增加和辐射损害。在本报告中，我们概述了ATLAS内部探测器升级的平面像素传感器的最新研发成果。
2012-01-27 hep-ex physics.ins-det
Performance of active edge pixel sensors
为了应对高亮度大型强子对撞机的恶劣条件，ATLAS内部跟踪器必须进行升级，以满足辐射硬度、堆积和几何验收方面的要求。有源边缘技术可减少传感器边缘的不敏感区域，这要归功于离子蚀刻沟槽，避免了标准机械切割工艺产生的晶体损伤。LPNHE和FBK代工厂设计并生产了具有有源边缘的薄型平面n-on-p像素传感器。两个探测器模块原型，由连接到FE-I4 B读出芯片的像素传感器组成，已经在CERN和DESY进行了光束测试。在本文中，这些模块的性能报告。特别是横向延伸的检测体积，超出像素区域，进行了研究，结果表明高命中效率也在检测器边缘，即使在保护环的存在下。
2017-04-04 hep-ex physics.ins-det
Characterization of the first prototype CMOS pixel sensor developed for the CEPC vertex detector
用途：CMOS像素传感器对于未来的高性能跟踪设备具有极大的吸引力。初步的研发工作已经进行了顶点探测器的拟议的圆形电子正电子对撞机，将允许精确的希格斯测量。实现低功耗以最大限度地减少材料预算至关重要。这需要仔细优化传感器二极管的几何结构，以达到高的充电电容，从而降低模拟功耗。研究方法：电极面积和覆盖区是传感器二极管几何结构中的两个关键要素，并且对传感器电荷收集性能具有决定性影响。原型CMOS像素传感器JadePix-1已经开发出具有实现不同电极面积和足迹的像素扇区，并且其电荷收集性能已经用放射性资源表征。结果：用低能X射线校准了电荷-电压转换增益。得到了不同电极面积和覆盖面积的像素扇区的噪声、电荷收集效率、电荷电容比和信噪比。结论：小电极面积和大基底面是实现高充电过电容的首选，这保证了低模拟功耗。正在进行的传感器性能的研究之前和之后的照射，结合这项工作，将得出结论的二极管的几何优化。
2019-01-29 hep-ex physics.ins-det
Electrical Characterization of a Thin Edgeless N-on-p Planar Pixel Sensors For ATLAS Upgrades
鉴于LHC向高亮度LHC（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硅技术是一个有前途的候选人，大面积像素探测器。本文报告的联合开发，由LPNHE和FBK的新型n-on-p无边缘平面像素传感器，利用有源沟槽的概念，减少在设备的外围死区。在讨论了传感器技术，并提出了一些传感器的模拟结果，一个完整的概述所生产的设备的电气特性。
2013-11-07 hep-ex physics.ins-det
Optimisation of CMOS pixel sensors for high performance vertexing and tracking
CMOS像素传感器往往与不断增长的带电粒子探测仪器相关。这主要来自于它们的高粒度和低材料预算。然而，几个潜在的应用需要比基于0.35微米特征尺寸技术的可用器件所实现的更高的读出速度和辐射容限。本文显示了在0.18微米工艺中制造的基于相当大厚度的高电阻率外延层的新原型传感器的初步测试结果。基于这些观察到的性能，我们讨论了在未来几年的发展战略，以达到一个完整的规模传感器匹配的规格的升级版本的内部跟踪系统（ITS）的ALICE实验在欧洲核子研究中心，其中一个敏感的区域可达约10平方米配备像素传感器。
2013-05-03 hep-ex physics.ins-det
Sensor response and radiation damage effects for 3D pixels in the ATLAS IBL Detector
本文研究ATLAS IBL探测器3D像素传感器在LHC运行期间的响应与辐射损伤，通过测量和模拟预测其性能演变，验证了3D技术在强辐射环境中的适用性。
2024-12-17 hep-ex physics.ins-det
Smart pixel sensors: towards on-sensor filtering of pixel clusters with deep learning
针对下一代高粒度像素探测器的超高数据速率问题，提出可嵌入片上读出系统的神经网络，通过滤除低动量径迹击中实现54.4%-75.4%的数据量缩减，且芯片功耗与面积均满足集成要求。
2023-10-03 hep-ex 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
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
Digitized Waveform Processing for Fast Timing
在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）上产生堆积诱导本底的前景激发了人们对高速率带电粒子计时技术的强烈兴趣\cite{challenge}。在本文中，我报告的快速定时传感器和相关的电子产品的发展主要是在PICOSEC的背景下使用的框架。我们的合作从基于微通道板（MCP）、微图案气体检测器（MPGD）和电容读出雪崩二极管（又名HFS）的定时传感器中积累了大量（$\sim$ fewTbyte）波形集，波形采样通常为20-40 GSa/s。我们已经报道了带电粒子的时间分辨率为3.6，24和20皮秒，分别为这些传感器。在本文中，我将讨论在此活动期间开发的一些工具，用于处理采样率从40 MHz（ATLAS ZDC）到40 GHz（PICOSEC）的数字化波形。
2018-12-04 hep-ex physics.ins-det
Dialing back time on Timepix3: A study on the timing performance of Timepix3
为了进一步理解像素化读出芯片中的时序系统学，并为未来的快速时序探测器，以帮助在HL-LHC的4D跟踪技术的好处，我们已经进行了详细的时间特性的Timepix 3，由Medipix合作开发的混合像素探测器的研究。这些研究使用三种不同的测量技术来研究这个探测器的定时系统：测试脉冲，测试光束，以及我们为此工作建立的激光装置。像素矩阵上的平均延迟是用测试光束和激光器确定的，并且对于不同的Timepix 3芯片显示出相同的结构。延迟的差异导致像素矩阵上约4 ns的最大差异，这与1.56ns的时间仓相比是大的。通过在每个像素级别上校正这种差异，时间分辨率平均提高了159 ps，具体取决于传感器。对于具有200 $μ\text{m}$平面硅传感器的单个Timepix 3芯片，在时间游走校正和针对每像素平均延迟的差异的校正之后实现的最佳时间分辨率为686.4 $\pm$ 0.2 ps，相比之下，没有任何校正的时间分辨率为892.9 $\pm$ 0.3 ps。然而，这种改进的时间分辨率还不是天真地期望的451 ps的时间分辨率。该延迟的起源由该激光器设置确定，并且是由于信号传播和像素内的快速振荡器的启动时间差的组合。这项工作表明，它是至关重要的下一代像素探测器，以纠正这些系统的时序效应，以达到更好的时间分辨率，以帮助4D跟踪技术在HL-LHC。
2022-01-23 physics.ins-det
Development of Pixelated Capacitive-Coupled LGAD (ACLGADpix) Detectors
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）
本文介绍了开发具有高时间精度和空间分辨率的像素化ACLGADpix探测器，展示了其在高亮度LHC实验中的应用潜力。
2026-04-01 hep-ex physics.ins-det
X-ray Metrology of an Array of Active Edge Pixel Sensors for Use at Synchrotron Light Sources
我们报告生产的主动边缘硅传感器阵列作为一个大型阵列的原型。将四个Medipix3RX.1芯片凸块键合到四个单芯片尺寸的Advacam有源边缘n on n传感器。然后将这些探测器安装到2 × 2阵列中，并在B16金刚石光源上使用2 μ m的X射线束斑进行测试。与光学计量相比，这些测试的结果给出了这些传感器对传感器的物理边缘敏感的置信度，在最后两行像素中只有适度的效率损失。我们提出的效率图记录与微焦点光束和样品粉末衍射测量。这些结果给人的信心，这种传感器技术可以用于更大的阵列的检测器在同步加速器光源。
2016-12-21 hep-ex 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
Modeling Radiation Damage to Pixel Sensors in the ATLAS Detector
硅像素探测器是目前ATLAS探测器及其计划升级的核心。由于探测器最接近相互作用点，它们将暴露在大量的辐射中：在HL-LHC之前，最内层将接收超过$10^{15}$ 1 MeV $n_\mathrm{eq}/\mathrm{cm}^2$的通量，HL-LHC探测器升级必须应对在其寿命期间集成的更高数量级的通量。本次演讲首次提出了一个数字化模型，其中包括对ATLAS Pixel传感器的辐射损伤效应。在对设置进行全面描述之后，基本像素簇属性的预测与运行2碰撞数据的第一次验证研究一起呈现。
2017-10-11 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
Testbeam and Laboratory Characterization of CMS 3D Pixel Sensors
像素探测器是CMS中最内部的跟踪设备，重建相互作用顶点和带电粒子轨迹。位于像素探测器最内层的传感器必须升级，以实现高亮度LHC（HL-LHC）阶段预期的亮度增加10倍。作为平面传感器的可能替代品，3D硅技术由于其在高辐射通量后的良好性能而正在考虑中。在本文中，我们报告了不同电极配置的CMS 3D像素传感器的照射前和照射后测量。讨论了辐照对三维传感器的电学性能、电荷收集效率和位置分辨率的影响。还介绍了用于监控制造过程和研究体和表面特性的各种测试结构的测量，例如MOS电容器、平面和栅控二极管。
2014-04-30 hep-ex physics.ins-det
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
