Pixel Vertex Detectors
像素顶点探测器是在LHC上追踪靠近相互作用点的带电粒子的首选仪器。其中传感器和读出IC是分离的实体的混合像素检测器构成检测器技术中的现有技术。其中三个LHC探测器使用基于这种技术的顶点探测器。经过近10年的开发，像素探测器模块可以在LHC的整个寿命期间承受极端的速率和时序要求以及非常恶劣的辐射环境，并且不会严重影响性能。本讲座回顾了在大型强子对撞机跟踪和顶点像素探测器的物理和技术。
2006-11-07 physics.ins-det
Usage of tracking in the CMS Level-1 trigger for the High Luminosity LHC Upgrade
在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）上，CMS实验将面临一个苛刻的环境，其瞬时亮度高达7 × 10 $^{34}$ /cm $^2$ /s，相当于平均每个聚束交叉140-200次多重质子-质子碰撞。HL-LHC CMS 1级（L1）触发升级的主要目标是维持尽可能低的触发阈值，并与LHC目前使用的触发阈值相当，并可能包括在LHC上不可行的新触发。这将通过升级探测器读出电子设备来实现，以允许更大的L1触发率，并首次在L1触发器中包括跟踪信息。如何跟踪信息可以被用来减少L1触发率的例子。
2018-11-16 hep-ex physics.ins-det
Pixel Detectors for Tracking and their Spin-off in Imaging Applications
为了在下一代对撞机的高能物理实验中探测靠近相互作用点的带电粒子的轨迹，混合像素探测器构成了探测器技术的当前状态，其中传感器和读出IC是分离的实体。三个LHC探测器以及Tevatron的BTeV探测器将使用基于这种技术的顶点探测器。经过近10年的开发，像素探测器模块可以在LHC的整个寿命期间承受极端的速率和时序要求以及非常恶劣的辐射环境，并且不会严重影响性能。从这些发展中衍生出许多不同的应用，最引人注目的是生物医学成像。除了混合像素之外，在某些方面具有改进性能的许多趋势和可能性已经出现并且目前发展到更成熟。其中有单片或半单片像素检测器，不需要复杂的杂交，但作为单个传感器/IC实体。本文综述了LHC实验和一些成像应用中混合像素探测器的发展现状，总结了单片或半单片像素器件的新趋势。
2004-10-29 physics.ins-det
Level-1 pixel based tracking trigger algorithm for LHC upgrade
像素探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）紧凑型μ子螺线管（CMS）实验跟踪系统的最内层探测器。它精确地确定了事件的相互作用点（主顶点）和由于重味（$b$和$c$夸克）而可能的次顶点;它是整个跟踪系统的一部分，可以重建事件中带电粒子的轨迹，并与磁场结合来测量它们的冲量。像素检测器允许测量最靠近交互点的区域中的轨迹。基于Level-1（实时）像素的跟踪触发器是一种新型的触发系统，目前正在研究的LHC升级。一个重要的目标是开发能够在非常恶劣的环境中处理非常高的数据速率和高流量的实时跟踪重建算法。像素探测器在从大量事件堆积中精确识别罕见物理事件的主顶点方面具有特别重要的作用。在选择的实时级别添加像素信息的目的是帮助降低总级别1触发率，同时保持高选择能力。这对于高亮度LHC（HL-LHC）的实验升级是一个非常具有创新性和挑战性的目标。这里讨论的特殊情况是CMS实验。本文档描述了练习，重点是开发快速像素轨迹重建，其中像素轨迹使用基于根的仿真框架与1级电子对象匹配。
2015-10-13 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
Upgrade plans and ageing studies for the CMS muon system in preparation of HL-LHC
CMS μ子系统操作基于气体的探测器。需要升级探测器和触发器组件，以应对HL-LHC日益具有挑战性的条件。进行新的辐照测试，以确保μ介子探测器将生存的恶劣条件和可靠地运行。新的CERN GIF++（伽马辐照设施）允许执行老化测试。我们目前的结果在大背景下的系统性能和加速老化测试后。将增加新的探测器以提高临界前向区的性能：将在LS 2的1.6 $<$ $|η|$ $<$ 2.4区安装气体电子倍增器探测器，旨在抑制背景触发，同时保持高触发效率。预计第二个GEM站和两个新一代RPC站将有进一步的增强，这些站具有低电阻率电极。这些探测器将结合跟踪和触发能力，并能承受高达几kHz/cm $^2$的粒子率。此外，为了利用像素跟踪覆盖范围扩展，新的GEM检测器覆盖高达$|η|$ = 2.8。在新的前向量热计后面。
2018-09-05 physics.ins-det
Minimal material, maximum coverage: Silicon Tracking System for high-occupancy conditions
本研究针对高占用率粒子探测场景，采用DSDM硅微条传感器搭配SMX读出ASIC等技术，打造了低材料预算的8层硅径迹探测器，已应用于CBM实验且近三分之一模块完工，兼具科学与医学应用潜力。
2025-03-19 physics.ins-det
Belle II Silicon Vertex Detector
在日本SuperKEKB对撞机上进行的Belle II实验旨在间接探索新的物理学，使用的数据大约是其前身的50倍。准确确定亚原子粒子的衰变点位置，如美丽和魅力强子，以及低动量带电粒子的精确测量将在这一追求中发挥关键作用。这些将通过内部跟踪设备来实现，该内部跟踪设备包括基于双面微带传感器的两层像素化硅检测器和四层硅顶点检测器。我们在这里描述的设计，原型和建设工作的美女-II硅顶点探测器。
2016-04-06 hep-ex physics.ins-det
On-chip probabilistic inference for charged-particle tracking at the sensor edge
Cornell University（康奈尔大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Northeastern University（东北大学）；Purdue University（普渡大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究提出在传感器边缘利用嵌入式神经网络进行带电粒子跟踪，实现高精度、低延迟的参数推断，为高率科学仪器的智能传感提供新途径。
2026-08-25 hep-ex physics.ins-det
Discharge probability studies with multi-GEM detectors for the ALICE TPC Upgrade
大型时间投影室（TPC）是欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）ALICE实验中跟踪和识别带电粒子的主要装置。在2019-2020年的第二次长时间关闭之后，LHC将以高达50 kHz的相互作用速率提供Pb束碰撞，这大约是TPC目前读出速率的50倍。为了充分利用LHC的潜力，TPC读出室将升级为气体电子倍增器（GEM）技术。为了确保升级后的腔室在恶劣的LHC环境中的稳定行为，启动了一项专门的研发计划，以优化GEM堆的几何形状及其在放电方面的高压配置。我们总结了用高度电离α粒子照射的3-和4-GEM原型进行的放电概率测量。
2018-07-09 physics.ins-det
CLIC Background Studies and optimization of the innermost tracker elements
紧凑型直线对撞机（CLIC）的严酷机器背景对跟踪器最内部的设计形成了强烈的约束。在CLIC概念设计报告中，为国际直线对撞机（ILC）开发的探测器概念适用于CLIC环境。我们提出了新的布局的顶点检测器和前向跟踪的CLIC检测器的概念，以及在这些检测器的背景水平。我们还研究了本底速率对有源层厚度和探测阈值等工艺参数的依赖关系。
2012-03-05 hep-ex physics.ins-det
Charge collection properties in an irradiated pixel sensor built in a thick-film HV-SOI process
HV-CMOS传感器在升级的LHC（HL-LHC）的ATLAS实验中用作跟踪探测器的研究最近一直是一个活跃的研究领域。内置在绝缘体上硅（SOI）技术的像素探测器的潜在候选人已经在辐射硬度TID（总电离剂量）和电荷收集后，中度中子照射的特点。在这篇文章中，我们提出了一个广泛的辐照硬度的研究结果，中子高达1x 10 e16 neq/cm 2的注量。采用边缘瞬态电流技术（E-TCT）测量了无源像素化结构中的电荷收集。发现有效空间电荷浓度的演变符合受主去除模型，在5 × 10 e14 neq/cm 2之后达到空间电荷浓度的最小值。探测器响应的像素内均匀性的调查揭示了SOI设计的外延硅层特性的寄生电荷收集。结果得到了支持的电荷收集在一个等效的探测器布局的数值模拟。
2017-10-26 physics.ins-det
Silicon Carbide Timepix3 detector for quantum-imaging detection and spectral tracking of charged particles in wide range of energy and field-of-view
本文研究将抗辐射且耐高温的碳化硅传感器与 Timepix3 读出芯片结合，构建 MiniPIX-Timepix3 紧凑型辐射相机，并通过 13–226 MeV 质子束校准实验验证其在宽能量范围带电粒子能谱测量和高分辨率粒子跟踪中的性能。
2023-10-26 physics.ins-det physics.med-ph
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
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
Assessing the Dosimetric Effects of High-Z Titanium Implants in Proton Therapy Using Pixel Detectors
本研究使用Timepix3像素探测器评估质子治疗中钛植入物的剂量学效应，发现钛植入物会改变次级辐射场中高能量传递离子的剂量率与通量，为理解钛材料在质子治疗中的影响提供了全面信息。
2024-09-27 physics.ins-det physics.med-ph
Position resolution with 25 um pitch pixel sensors before and after irradiation
像素化硅探测器是在对撞机实验中实现精确跟踪和顶点的最先进技术，旨在精确测量高速率和辐射环境中入射粒子的命中位置。对于高亮度LHC的操作来说，探测器的要求变得非常苛刻，其中多达200个相互作用将在感兴趣的过程之上的同一束交叉中重叠。此外，对于3000 fb^-1的积分亮度，在离束流3.0 cm处的注量预计可达2.3 × 10^16 cm^-2 1 MeV中子当量。在过去的几十年中，像素间距不断减少，以应付实验的需要，实现更高的位置分辨率和保持低像素占用每通道。空间分辨率随着像素尺寸的减小而提高，但随着辐射损伤而降低。因此，用于HL-LHC实验升级的原型传感器模块需要在辐照后进行测试。本文描述了CMS第2阶段升级中100 × 25 um^2像素平面原型传感器的位置分辨率测量。它回顾的位置分辨率的入射粒子的轨迹和传感器之间的相对倾斜角，由读出芯片施加的电荷阈值，和偏置电压的依赖关系。一个精确的设置与三个平行的平面的传感器已被用来调查的性能的传感器辐照通量高达F_eq = 3.6 10^15 cm-2。测量用5 GeV电子束进行。在电荷共享的最佳角度下，未辐照传感器的空间分辨率为3.2 ± 0.1 μ m。对于质子辐照传感器（F_eq = 2.1 × 10^15 cm ^-2）和中子辐照传感器（F_eq = 3.6 × 10^15 cm^-2），分辨率为5.0 +/- 0.2 um。
2021-07-09 physics.ins-det
Fast Timing and TCT Measurement Results of CNM Double-Sided 3D Sensors
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
研究CNM双面3D传感器在未辐照和质子辐照下的IV特性、顶部TCT和源定时测量，发现辐照后漏电流显著降低，时间分辨率可达约65 ps。
2026-06-15 physics.ins-det
A single radiation hard pixel detector for proton dosimetry, imaging, energy resolution and beam monitoring
Ruhr-University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）；Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；West German Proton Therapy Centre Essen（西德质子治疗中心埃森）
该研究提出氮化镓像素探测器作为多功能平台，可实现质子剂量测定、成像、能量分辨率及束流监测，其具备高线性度、低信号均匀性、高辐射硬度等性能，可满足质子治疗相关需求。
2026-10-15 physics.ins-det physics.med-ph
The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider: A Description of the Detector Configuration for Run 3
本文系统描述了ATLAS探测器为LHC Run 3所做的全面升级配置，包括新增像素层、液氩量能器数字触发电子学、新小轮μ子探测器等，以在更高堆积条件下恢复触发性能并为高亮度升级做准备。
2024-06-07 hep-ex physics.ins-det
Operation of a Modular 3D-Pixelated Liquid Argon Time-Projection Chamber in a Neutrino Beam
本文介绍了DUNE近探测器原型2x2 Demonstrator在NuMI中微子束流中的运行，验证了模块化LArTPC设计、3D像素化成像和介电光读出系统，首次报告了DUNE探测器原型的中微子相互作用。
2026-06-18 hep-ex physics.ins-det
