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
Effects of radiation damage caused by proton irradiation on Multi-Pixel Photon Counters (MPPCs)
研究了质子感应辐射损伤对多像素光子计数器（MPPC）的影响。辐照MPPC样品的漏电流随辐照总剂量线性增加，这是由于辐射损伤，这是不完全恢复，即使从辐照一年后。在至少高达8.0 Gy（$9.1\times10^7$ n/mm $^2$，1 MeV中子当量注量，$Φ_{\rm eq}$）的增益中未观察到显著变化。由于21 Gy照射后基线波动和噪音堆积，该设备完全失去了光子计数能力（$Φ_{\rm eq}$中的$2.4\times10^8$ n/mm $^2$），这对于某些应用来说可能会出现问题，例如环形成像切伦科夫探测器。我们已经发现，脉冲高度分辨率在42 Gy照射（$Φ_{\rm eq}$中的$4.8\times10^8$ n/mm $^2$）后已经略微恶化，其中测量的样品已经用几百个光子照射。在能量测量应用中应考虑这种影响。
2014-09-30 physics.ins-det
Effects of gamma irradiation on DEPFET pixel sensors for the Belle II experiment
对于KEK（日本筑波）的Belle II实验，KEKB加速器进行了升级，以提供比以前大40倍的瞬时亮度，这需要增加探测器组件的辐射硬度。作为Belle II探测器的最里面部分，基于DEPFET（耗尽型P沟道场效应晶体管）技术的像素探测器（PXD）暴露在加速器辐射下最多。进行了辐照活动，以验证PXD可以应对预期的辐射量。我们提出了这个测量活动的结果，其中X射线机被用来照射一个单一的PXD半梯的总剂量为266 kGy。半梯与用于Belle II的半梯来自同一批次。根据模拟，总累积剂量相当于Belle II运行7-10年。虽然之前已对单个组件进行过辐照，但此次活动是首次对整个系统进行辐照。我们讨论了对DEPFET传感器的影响，以及前端电子器件的性能。此外，我们提出了效率的半梯子从光束测试之前和之后的照射。
2021-09-22 physics.ins-det
Ultimate position resolution of pixel clusters with binary readout for particle tracking
硅跟踪探测器可以记录每个通道中的电荷（模拟或数字化），或者只有二进制读数（命中或未命中）。虽然有显着的文献中获得的位置分辨率从插值的电荷测量，一个全面的研究与二进制读出可获得的分辨率是缺乏的。通常假设二进制分辨率为$\text{pitch}/\sqrt{12}$，但这通常是最差情况的上限。在本文中，我们研究，使用模拟，最佳可实现的分辨率为最小的电离粒子在二进制读出像素。广泛的入射角和像素大小的模拟与一个独立的代码，使用电荷沉积的Bichsel模型。结果显示分辨率如何取决于角度和传感器几何形状。直到像素间距变得小到与硅中的能量沉积之间的距离相当，分辨率总是比$\text{pitch}/\sqrt{12}$更好，并且在某些情况下好得多。
2018-04-28 physics.ins-det
Chromatic X-Ray imaging with a fine pitch CdTe sensor coupled to a large area photon counting pixel ASIC
提出了一种具有数字特性的新型X射线成像传感器。它基于彩色光子计数技术。探测器能够单独计数入射的X射线光子，并根据它们的能量将它们分离（每次曝光两个“彩色”图像）。能量选择以射线照相成像速度（GHz全局计数率）实时进行。光子计数、彩色模式和极高的空间分辨率（超过10 l. p./ mm，MTF 50）允许获得图像质量和吸收剂量之间的最佳比率。成像系统的单独块是由薄像素化CdTe晶体（传感器）耦合到大面积VLSI CMOS像素ASIC制成的双面可对接半导体辐射检测器。已建成1、2、4、8个瓦片单元。8块单元具有25 cm x 2.5cm的敏感区域。结果和图像从深入测试的几种配置的系统。X射线成像系统是PIXIRAD成像计数器s.r.l.的技术平台，最近成立的INFN分拆公司。
2012-10-05 physics.ins-det
Test of a fine pitch SOI pixel detector with laser beam
采用SOI（silicon on insulator）技术研制了一种19 × 19 μ m的硅像素探测器，并在红外激光脉冲照射下进行了测试。作为粒子束测试的一种替代方法，激光脉冲被调谐到非常短的持续时间和小的横向轮廓，以模拟硅中的MIP（最小电离粒子）的轨迹。击中集群的大小进行了测量，通过SOI检测器垂直于其表面传播的聚焦激光脉冲和大部分的感应电荷被发现收集在种子像素。首次测量了SOI探测器的信号幅度与外加偏压的关系，加深了对其耗尽特性的理解。
2015-04-15 hep-ex physics.ins-det
Monolithic MHz-frame rate digital SiPM-IC with sub-100 ps precision and 70$~μ$m pixel pitch
本文设计并表征了一种基于150 nm CMOS工艺的单片dSiPM-IC，包含32×32像素阵列，通过12位TDC实现亚100 ps精度和3 MHz采集率，总吞吐量达4 Gbps，并全面验证了其功能与性能。
2023-11-22 physics.ins-det
Investigation of modified ATLAS pixel implantations after irradiation with neutrons
ATLAS实验跟踪探测器的最里面部分主要由平面n $^+$ -in-n硅像素传感器组成。在0期升级期间，可插入B层（IBL）安装在最靠近束流管的位置。其像素以具有矩形形状的n个$^+$注入的$250\,μ$ m $\,\times\,50\,μ$ m的间距布置。基于这种设计，多特蒙德开发了改进的像素设计。这些新像素设计中的六个被布置在十列的结构中，并且被放置在一个传感器上的具有标准设计的结构旁边。由于特殊的保护环设计，每个结构都可以单独供电和研究。这些传感器中的几个被凸块键合到FE-I4读出芯片。其中一个模块用反应堆中子辐照，通量高达$5 \times 10^{15} \, n_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$。这一贡献提出了重要的传感器特性，电荷收集确定与放射源和命中效率的测量，在实验室和测试束，这个辐照设备。结果表明，新的修改后的设计执行类似或更好的IBL标准设计的电荷收集和跟踪效率方面，在一个稍微增加的漏电流的成本。
2018-08-20 physics.ins-det
Measurements of Spatial Resolution of ATLAS Pixel Detectors
在光束中测试了为ATLAS实验开发的标准和辐照硅像素探测器。数字和模拟的分辨率进行了确定比较的位置测量的微带望远镜和像素检测器。数字分辨率为10 μ m，模拟分辨率为6 μ m（照射前）和10 μ m（照射后），而不减去由望远镜确定的位置上的误差。
2000-12-19 physics.ins-det
Dose rate dependence of TID damage to 65 nm CMOS transistors in X-ray irradiations of the ATLAS ITk Pixel ASIC (ITkPix)
针对ATLAS ITk升级用耐辐射像素读出芯片的需求，研究了65 nm CMOS工艺ITkPix ASIC中环形振荡器的TID损伤剂量率依赖性，发现低剂量率下损伤更显著，且与晶体管尺寸类型相关。
2024-04-17 physics.ins-det
Development of n-in-p pixel modules for the ATLAS Upgrade at HL-LHC
薄的平面像素模块是有希望的候选人仪器的新的ATLAS像素探测器的HL-LHC的内层，由于减少的贡献，材料预算和照射后的高电荷收集效率。100-200 $μ$ m厚的传感器，互连到FE-I4读出芯片，已在CERN SPS和DESY的放射源和束流测试的特点。报告了辐照前和辐照后器械的这些测量结果，辐照通量高达$14\times10^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^2$。比较了不同传感器厚度的电荷收集和跟踪效率。未来的平面像素传感器生产的前景进行了讨论，重点是传感器设计的像素间距（50 × 50和25 × 100 $μ$米$^2$）预计RD 53协作读出芯片在65纳米CMOS技术。需要优化像素单元中的偏置结构以避免目前在照射后在穿通区域中观察到的命中效率损失。为此目的，不同的布局的性能进行了比较FE-I4兼容的传感器在不同的注量水平，通过使用束流测试数据。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 50 $μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角（80 $^\circ$）下的射束测试中在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示关于簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
2016-06-16 physics.ins-det
Radiation Induced Effects in a Monolithic Active Pixel Sensor : The Mimosa8 Chip
本文研究了单片有源像素传感器芯片（MIMOSA 8）的~（60）Co源电离辐照效应和中子辐照效应。以前的一份报告专门讨论了中子引起的效应。我们表明，由于中子损伤的扩展缺陷改变的像素灰度分布。这主要是由于暗产生电流的增加，由于在传感器的耗尽区中的深陷阱的存在。或者，暴露于电离辐射以更均匀的方式增加了介电常数，这来自于在Si/SiO2界面处产生的界面态，该界面态由氧化物中带正电荷的陷阱的存在补充。传感器的漏电流于是增加。我们讨论的结果，鉴于增加的辐射硬度的MAPS，请记住，这些芯片没有设计与任何rad-tol布局技术。
2008-05-26 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
Compensation for TID Damage in SOI Pixel Devices
我们正在研究SOI像素器件对未来高能电子束实验的适应性。像素传感器需要在非常恶劣的辐射环境中工作。采用中最具挑战性的问题是TID（总电离剂量）损伤，其中氧化层中捕获的空穴会影响附近晶体管的操作。我们已经引入了第二个SOI层-BOX（掩埋氧化物）层下方的SOI 2-以便通过向该电极施加负电压来抵消由积累的空穴引起的效应来补偿TID效应。本文根据晶体管特性的测量结果，提出了Co γ射线辐照引起的TID效应。在各种偏压条件下进行辐照，以研究空穴累积对电势配置的依赖性。我们还比较了用X射线辐照的样品的数据。由于我们观察到两个辐照数据集之间的一致性，因此在100~ MGy的宽剂量范围内研究了TID效应。
2015-07-21 physics.ins-det
First test beam measurement of the 4D resolution of an RSD 450 microns pitch pixel matrix connected to a FAST2 ASIC
本文在DESY测试束设施测量了RSD 450微米节距像素阵列的4D分辨率，使用FAST2 ASIC读出7像素矩阵，实现了15微米位置分辨率和60 ps时间分辨率，证明十字形电极RSD传感器是4D径迹追踪的理想选择。
2024-02-17 hep-ex physics.ins-det
Direct reading of charge multipliers with a self-triggering CMOS analog chip with 105k pixels at 50 micron pitch
我们报告了一个大的有效面积（15 × 15 mm ~ 2），高通道密度（470像素/mm ~ 2），自触发CMOS模拟芯片，我们已经开发的像素化的电荷收集电极的微图案气体检测器。该器件在尺寸和性能方面都向前迈出了一大步，是复杂性不断增加的三代定制ASIC的最后一个版本。CMOS像素阵列具有以50微米间距在105600个六边形像素的矩阵中图案化的顶部金属层。每个像素都直接连接到下面的完整电子链，该电子链已在0.18微米VLSI技术的剩余五个金属层和两个多晶硅层中实现。该芯片具有可定制的自触发能力，并包括用于事件坐标自动定位的信号预处理功能。以这种方式，可以通过将信号输出仅限于属于感兴趣区域的那些像素来显著减少读出时间和数据量。非常小的像素面积和深亚微米CMOS技术的使用使噪声降低到50电子ENC。从这个设备的深度测试时，耦合到一个细间距（50微米的三角形图案）气体电子倍增器的结果。读出和气体放大间距的匹配允许获得最佳结果。讨论了该探测器在天文X射线偏振测量中的应用。实验探测器响应偏振和非偏振X射线辐射时，与两种气体混合物和两种不同的光子能量的工作示出。从一个完整的蒙特卡罗模拟几个银河系和河外atronomic源的结果也有报道。
2006-04-26 astro-ph physics.ins-det
Thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将对跟踪系统进行重大升级，因为预计LHC（HL-LHC）的高亮度阶段将于2025年左右开始。薄的平面像素模块是有希望的候选人，仪器新的像素系统，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。新的设计的像素单元，具有优化的偏置结构，已实现在n-in-p平面像素生产与传感器厚度为270微米。使用束流测试，在命中效率的增益作为接收到的辐照注量的函数进行了研究。未来的薄平面像素传感器的生产前景将进行讨论，重点是薄传感器的厚度为100和150 μ m和一种新的设计与优化的偏置结构和小像素单元（50 μ m × 50 μ m和25 μ m × 100 μ m）。这些尺寸是预见到的新的ATLAS读出芯片在65纳米CMOS技术和精细分割将代表在HL-LHC的像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了预测50 μ m × 50 μ m像素在高eta下的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中，在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
2016-05-02 physics.ins-det
Optimization of thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将在2025年左右进行，鉴于LHC（HL-LHC）的高亮度阶段，将用新的5层像素系统替换跟踪系统。薄的平面像素传感器是有希望的候选人，仪器的新的像素系统的最里面的区域，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。传感器的厚度为50-150 $μ$ m，互连到FE-I4读出芯片，其特征在于与放射源和束流测试。特别地，已经研究了有源边缘传感器。两个不同版本的边缘设计的性能进行了比较：第一个与偏置环，第二个只有一个浮动保护环已实施。还研究了在$10^{15}$ \neqcm的能量密度下辐照后边缘处的命中效率。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 50 $μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。在这种配置中的命中效率的结果进行了讨论，为不同的传感器厚度。
2017-01-12 physics.ins-det
Characterization of a CMOS pixel sensor for charged particle tracking
一个原型的CMOS像素传感器命名为SUPIX-1已被制造和测试，以调查的可行性，像素化的希格斯工厂，即圆形电子-正电子对撞机（CEPC）的跟踪器。该传感器采用180 nm CMOS图像传感器（CIS）工艺，由9个不同的像素阵列组成，像素间距、二极管尺寸和几何形状各不相同，以研究放大像素的粒子探测性能。该试验是用Fe-55放射源进行的。观察到的两个软X射线峰用于校准传感器的电荷电压因子。评价了逐像素等效噪声电荷、电荷收集效率和信噪比。提出了一种信号像素聚类的重构方法，并研究了其聚类性能。测试结果表明，$21μ$ m $\times 84μ$ m的像素具有良好的噪声水平和电荷收集性能，满足像素传感器的一般要求。这一贡献表明，CMOS像素传感器与扩大间距，使用CIS技术，可用于跟踪即将到来的碰撞探测器类似的CEPC。
2021-11-30 physics.ins-det
Post-fabrication trimming of a 1024-pixel, single-photon counting, Microwave Kinetic Inductance Detector array with a pixel pitch of 150 micron
Space Research Organisation Netherlands (SRON)（荷兰空间研究所）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
针对紧密排列的微波动力学电感探测器阵列，提出制造后修整方法，将频率散布降低两个数量级，良率从76%提升至94%。
2026-09-11 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Radiation hardness of small-pitch 3D pixel sensors up to a fluence of $3\times10^{16}$ n$_{\mathrm{eq}}$/cm$^2$
小间距3D硅像素探测器已被研究作为HL-LHC像素探测器升级的最内层的抗辐射候选者。CNM Barcelona已经生产了连接到现有ATLAS FE-I4读出芯片的像素尺寸为50 $\times$ 50和25 $\times$ 100 $μ$ m $^{2}$的原型3D传感器。在卡尔斯鲁厄和欧洲核子研究中心进行了高达$3\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$粒子注量的辐照，超过了寿命结束时预期的全部HL-LHC注量。50 $\times$ 50 $μ$ m $^{2}$器件的性能已在CERN SPS的实验室和束流测试中进行了测量。在最高注量下，获得了较高的电荷收集率和98%的命中效率。发现在垂直束入射下达到97%的目标效率的偏置电压在$1.4\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$下为约100 V，在$2.8\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$下为150 V，显著低于具有较大电极间距离的先前IBL 3D代和平面传感器。发现在-25的$^{\circ}$ C和$1.4\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$下的功率耗散为13 mW/cm $^2$。因此，3D像素探测器表现出优越的辐射硬度，并被选为ATLAS…
2018-09-17 hep-ex physics.ins-det
Pixel detector hybridisation with Anisotropic Conductive Films
混合像素检测器需要一种可靠且具有成本效益的互连技术，该技术适用于相应应用的间距和管芯尺寸。在ASIC和传感器研发阶段，通常对于小规模应用，这种互连技术需要适合于单芯片的组装，通常可从多项目晶圆提交中获得。在欧洲核子研究中心EP研发计划和AIDAinnova合作范围内，正在开发针对未来对撞机顶点探测器应用的创新混合概念。本文介绍了一种新开发的基于各向异性导电膜（ACF）的内部单芯片互连工艺的最新成果。ACF互连技术用嵌入粘合剂膜中的导电颗粒代替焊料凸块。传感器和读出芯片之间的机电连接是通过使用倒装芯片器件键合器对ACF进行热压来实现的。需要特定的焊盘拓扑来实现通过导电颗粒的连接，并创建多余的环氧树脂可以流入的空腔。这种像素焊盘拓扑结构是通过内部化学镀镍浸金（ENIG）工艺实现的，该工艺也在项目中开发。ENIG和ACF工艺符合Timepix 3 ASIC和传感器的要求，像素间距为55 um，焊盘直径为14 um。ACF技术也可用于ASIC-PCB/FPC集成，取代引线键合或大间距焊料凸块技术。这篇文章介绍了ENIG电镀和ACF工艺，并介绍了Timepix 3混合组件的最新结果。
2022-10-24 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
Timespot1: A 28nm CMOS Pixel Read-Out ASIC for 4D Tracking at High Rates
我们提出了第一次的Timespot 1，在CMOS 28纳米技术设计的ASIC的表征结果，具有$32 \times 32$像素矩阵的间距为$55 ~ μm$。Timespot 1是第一个小尺寸原型，旨在读出细间距像素，单次击中时间分辨率低于$50 ~ ps_\text{rms}$，输入速率为每像素数百千赫兹。这样的实验条件将是下一代高光度对撞机实验的典型条件，从LHC运行5开始。ASIC的每个像素包括电荷放大器、ADC和时间-数字转换器，时间-数字转换器具有表示为$22.6 ~ ps_\text{rms}$的时间分辨率和$3 ~ MHz$的最大读出速率（每像素）。为了尊重系统级约束，定时性能已经被获得，保持每像素的功率预算低于$40 ~ μW$。ASIC已经在实验室中进行了测试和表征，涉及时间分辨率，功率预算和可持续速率方面的性能。ASIC将在匹配的$32 \times 32$像素传感器矩阵上进行杂交，并将在实验室中的激光束和最小电离粒子下以及在测试光束下进行测试。在本文中，我们提出了一个描述的ASIC操作和第一个结果从表征测试有关其性能。
2022-12-22 physics.ins-det
Characterization of proton irradiated 3D-DDTC pixel sensor prototypes fabricated at FBK
在本文中，我们讨论了三维双面双型列（3D-DDTC）的像素传感器在FBK（特伦托，意大利）和面向ATLAS升级的相关结果。这些传感器的一些组件具有不同的柱状电极配置（每像素2，3，或4列），并耦合到ATLAS FEI 3读出芯片进行了照射，以大质子注量和放射源在实验室中进行测试。尽管非优化的柱状电极重叠，传感器表现出相当好的电荷收集性能高达2 × 10**15 neq/cm 2的辐照能量密度，同时需要在100 V的顺序的偏置电压。传感器操作进一步研究通过TCAD模拟，它可以有效地解释负责辐照后的电荷损失的基本机制。
2012-03-19 physics.ins-det
Test-beam Performance Results of the FASTPIX Sub-Nanosecond CMOS Pixel Sensor Demonstrator
本文介绍FASTPIX亚纳秒CMOS像素传感器演示器的设计与测试束测量结果，通过小收集电极和多种像素设计实现全效率下低于150 ps的时间分辨率。
2023-09-25 physics.ins-det
Development of Small-pitch, Ultra-thin 3D Silicon Sensors at USTC
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics (SINANO), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所）；State Key Laboratory of Fabrication Technologies for Integrated Circuits, Chinese Academy of Sciences（中国科学院集成工艺国家重点实验室）
中科大研发超薄三维硅传感器，采用超小像素尺寸，实现单像素级位置与时间信息测量。
2026-10-05 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
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
Development of AC-LGAD detector with finer pitch electrodes for high energy physics experiments
本文研发了面向高能物理实验的精细间距AC-LGAD探测器，通过优化参数制备了条形和像素传感器，测试表明其具备良好的信号幅度、时间与空间分辨率及探测效率。
2023-05-21 hep-ex physics.ins-det
X-ray Irradiation Studies on the Monopix DMAPS in 150$\,$nm and 180$\,$nm
本文研究 TJ-Monopix2 和 LF-Monopix2 两款 DMAPS 芯片的 X 射线辐照耐受性，验证其在 100 Mrad 电离剂量下性能无显著退化且持续可运行，满足 ATLAS 内层径迹探测器外层要求。
2025-06-05 physics.ins-det
Results on Proton-Irradiated 3D Pixel Sensors Interconnected to RD53A Readout ASIC
测试光束的结果与三维像素传感器凸点键合到RD 53 A原型读出ASIC的报告。FBK（意大利）和IMB-CNM（西班牙）的传感器在质子辐照前后进行了测试，质子辐照的当量通量约为$1$ $\times$ $10^{16}$ $\text{n}_{\text{eq}}$ cm $^{-2}$（1 MeV当量中子）。这是第一次将单个收集电极细间距3D传感器照射到这样的注量凸点结合到细间距ASIC。对所收集数据的初步分析表明，在高能质子辐照后，所测试传感器的命中检测效率没有下降，这证明了3D像素传感器具有优异的辐射耐受性。因此，它们将是HL-LHC实验最内层极端辐射环境的优秀候选者。
2019-08-29 physics.ins-det
Pixel Hit Reconstruction with the CMS Detector
我们提出了一种新的技术与CMS像素检测器的像素命中重建。该技术是基于拟合的像素簇投影模板获得使用一个详细的模拟称为Pixelav。Pixelav成功地描述了辐射损坏的传感器的光束测试中测量的集群的配置文件。该技术最初是为了最佳估计辐射损伤后的命中坐标而开发的，在辐射前也具有优越的性能，降低了重建径迹参数的分辨率尾部，并显着降低了标记b夸克的轻夸克背景。这是目前唯一可用于模拟辐射损坏探测器撞击的技术。
2008-09-03 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
Charge collection characterisation with the Transient Current Technique of the ams H35DEMO CMOS detector after proton irradiation
本文报告了使用瞬态电流技术测量ams AG生产的抗辐射高压CMOS像素传感器的电荷收集和耗尽深度的特性。在质子辐照前后，用两种不同的来源：CERN的24 GeV质子同步加速器和伯尔尼Inselspital的16.7 MeV回旋加速器测试了几种衬底的折射率。
2018-07-25 physics.ins-det
Front-End electronics and integration of ATLAS pixel modules
ATLAS像素探测器的快速读出电子设备已成功开发和测试。主要关注的是在LHC恶劣的辐射环境中在25 ns内检测5，000个电子数量级的小电荷的能力，以及应对Pixel探测器8000万个通道产生的大量数据的挑战。为了集成50微米间距的混合像素检测器，已经开发出使用铅锡或铟凸点的可靠凸点接合技术，并且已经成功地进行了大规模生产的测试。
2004-01-21 physics.ins-det
Electrical characterization of AMS aH18 HV-CMOS after neutrons and protons irradiation
鉴于ATLAS高亮度LHC（HL-LHC）升级的跟踪探测器应用，我们开发了新一代的高压CMOS（HV-CMOS）单片像素传感器原型，采用AMS aH 18（180 nm）商用CMOS技术。通过将模拟和数字读出电路完全集成在同一颗粒检测基板上，解决了混合传感器技术的当前挑战，即，较大的读出输入电容、较低的生产成品率以及较高的生产和集成成本可以缩小规模。使用高电阻率衬底的大电极设计积极地帮助减轻电荷捕获效应，使这些芯片抗辐射。在高辐照环境中引起的表面和体损伤改变了器件的有效掺杂浓度，从而随着反向偏置电压的增加调制高电场。这种效应会导致高漏电流和过早的电击穿，由碰撞电离驱动。为了评估重度辐照样品的特性，我们对ATLASPix 1芯片进行了专门的活动，其中包括在不同设施制造的中子和质子辐照。在这里，我们报告在不同的环境条件下的辐照样品的电特性，也比较其预辐照性能。结果表明，强子辐照的设备可以安全地运行在一个电压足够高，以允许高效率，高达2 E15 neq/cm 2的通量，超出预期的辐射水平（TID和NIEL）在最外层的像素层的新的ATLAS跟踪HL-LHC。
2020-05-29 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
Characterization of CMOS sensor using X-ray irradiation
本文针对未来高亮度对撞机实验需求，对新型单片像素探测器MALTA开展X射线辐照与电学表征研究，并通过不同厚度传感器的DAC对比分析揭示辐射影响与性能优化方向。
2025-02-04 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
Characterization and Performance of Silicon n-in-p Pixel Detectors for the ATLAS Upgrades
现有的ATLAS跟踪器将在粒子注量为10^15 neq/cm ^2（LHC）的情况下达到其功能极限。因此，对于像计划中的可插入B层（IBL）和增加LHC亮度（超级LHC）的情况下更小半径的升级，需要开发新的结构和材料，以应对由此产生的粒子注量。N-in-P硅器件是用于跟踪探测器以实现这些目标的有希望的候选者，因为它们是抗辐射的，成本有效的，并且在辐射后不反转类型。介绍了由CiS公司（德国Erdom）在300 μm厚浮区材料上进行的基于MPP/HLL设计的n-in-p像素生产的特点，并给出了传感器和单片机模块（SCM）的电学性能，包括噪声、电荷收集效率以及用MIP和241 Am源进行的测量。SCM内置传感器，连接到ATLAS读出芯片FE-I3的电流。的表征已进行与ATLAS像素读出系统，照射前和照射后的24 GeV/c质子。此外，初步测试束的跟踪效率和电荷收集，获得与SCM的结果进行了讨论。
2011-04-17 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
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
A measurement of Lorentz Angle of radiation-hard Pixel Sensors
为满足大型强子对撞机要求而开发的硅像素探测器在欧洲核子研究中心的ATLAS合作框架下进行了光束测试。讨论了辐照和未辐照传感器在磁场中的实验行为。给出了这些传感器在不同工作条件下洛仑兹角的测量结果。本文提出了一个计算辐照前后硅中电荷漂移的简单模型。模型预测和实验结果之间的良好协议。
2000-12-20 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
A Sensor with Analog and Digital Pixels in 0.15 micron SOI Technology
设计、制造了一种采用深亚微米SOI CMOS工艺的单片像素传感器。该技术对于粒子跟踪和成像中的应用具有重要意义。原型芯片的特点是像素的10微米间距排列在两个模拟部分和一个数字部分与比较器和锁存器集成在每个像素。原型响应已测试与红外激光器和1.35 GeV的电子束从注入助推器在LBNL先进光源提取。还介绍了在LBNL 88英寸回旋加速器上进行的低能质子和中子辐照试验的结果。
2008-07-01 physics.ins-det
Evaluation of HPK $n^+$-$p$ planar pixel sensors for the CMS Phase-2 upgrade
为了应对大型强子对撞机（HL-LHC）计划于2029年开始运行的高亮度升级的挑战性环境，CMS将更换其整个跟踪系统。对跟踪器的要求主要取决于10年的长运行时间，在最终性能方案中瞬时峰值亮度高达$7.5\times 10^{34}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$。取决于与相互作用点的径向距离，硅传感器将接收对应于高达$Φ_{\text{eq}} = 3.5\times 10^{16}$ cm $^{-2}$的非电离能量损失的粒子注量。本论文主要研究平面像素传感器的设计和性能，其通量可达$Φ_{\text{eq}} = 1.4\times 10^{16}$ cm $^{-2}$。为了开发适当的平面像素传感器，启动了R &D程序，其包括在150 mm（6“）晶片上的$n^+$-$p$传感器，该晶片具有150 $μm$的有效厚度，像素尺寸为$100\times 25$ $μm^2$和$50\times 50$ $μm^2$，由Hamamatsu制造。用ROC 4Sens和RD 53 A读出芯片制作了单芯片模块。用质子和中子进行辐照，以及在DESY进行了广泛的试验束活动。本文介绍了以ROC 4Sens读出芯片为主的各种组件的研究。它表明，多种设计满足击穿电压，漏电流和效率方面的要求。$50\times 50$ $μm^2$像素的单点分辨率测量为4.0 $μm$（对于未辐照的样品）…
2022-12-09 physics.ins-det
An FPGA-based Data Aggregator for the New ATLAS ITK Pixel DCS
针对ATLAS二期升级中新型ITK像素探测器的监测数据传输需求，研发了基于FPGA的MOPS-Hub接口实现数据聚合，并提出单粒子翻转缓解策略，同时给出了质子辐照测试结果。
2024-11-01 physics.ins-det
Characterization of new hybrid pixel module concepts for the ATLAS Insertable B-Layer upgrade
ATLAS Insertable B-Layer（IBL）合作计划在现有的像素检测器中插入第四个像素层，以从当前像素系统的最终故障中恢复，特别是b层。此外，IBL将确保LHC第一阶段期间出色的跟踪，顶点和b标记性能，并在高亮度堆积的跟踪中增加鲁棒性。IBL的预期峰值亮度为2至3centerdot 1034 cm-2s-1，IBL的设计积分亮度为700 fb-1。这对应于5centerdot 1015 1 MeV neqcm-2的预期通量和250 MRad的总电离剂量。为了满足这些要求，两个新的模块概念正在研究中，都基于一个新的前端IC，称为FE-I4。该IC被设计为未来ATLAS像素探测器的读出芯片，其第一个应用将是IBL。基于平面像素传感器（PPS）的模块概念得益于其易于理解的设计，该设计与当前ATLAS像素检测器传感器的设计尽可能相似。新的三维（3D）硅传感器技术的第二种方法受益于到电极的较短的载流子漂移距离，其完全穿透传感器体。这两个传感器概念的原型模块已经建立和测试在实验室和测试束环境照射前后。这两个概念表现出非常高的性能，即使在照射到5centerdot 1015 1兆电子伏neqcm-2，并满足IBL规格的命中效率大于97%。最低操作阈值的研究已经生效，并证明独立于所使用的传感器概念的FE-I4的模块概念在低阈值的噪声命中占用方面的优异性能。
2012-02-16 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
Thin n-in-p pixel sensors and the SLID-ICV vertical integration technology for the ATLAS upgrade at the HL-LHC
研发活动的重点是为高亮度LHC（HL-LHC）的ATLAS像素系统升级开发新模块。研究了不同有源厚度的n-in-p像素传感器辐照后的性能，同时研究了慕尼黑弗劳恩霍夫研究所EMFT提供的一种新型互连技术，即固液互扩散（SLID），这是标准焊料凸点接合的替代方法。像素模块基于薄n-in-p传感器，具有75 μ m或150 μ m的有效厚度，在MPI半导体实验室（MPI HLL）生产，并且基于100 μ m厚的具有有效边缘的传感器，在芬兰VTT制造。命中效率是从对能量密度高达4 e15 neq/cm ^2的薄器件进行辐照的束流测试数据中得出的。对于有源边缘器件，辐射前的边缘像素的电荷收集性能进行了详细讨论，相对于内部的，使用放射源的测量。除了有源边缘传感器之外，设计四个侧面可对接模块所需的附加成分是将引线接合区域从面向传感器的芯片表面移动到背面的可能性，从而避免悬臂伸出传感器区域之外。该工艺的可行性正在FE-I3 SLID模块中进行研究，其中采用EMFT技术在原始引线键合焊盘的位置蚀刻芯片间过孔，其截面为3 um x 10 um。
2012-10-30 physics.ins-det
Optimization of <= 200 um pitch CZT detectors for future high-resolution X-ray instrumentation in astrophysics
碲锌镉和碲化镉是探测E >= 5 keV的X射线能量带中X射线的首选探测器材料，具有出色的空间和光谱分辨率，无需低温冷却。由于最近在掠入射反射镜技术方面的突破，下一代硬X射线望远镜将实现5至10角秒的角分辨率-比NuSTAR硬X射线望远镜的角分辨率高出一个数量级。因此，下一代X射线望远镜将需要像素化的X射线探测器，其像素位于晶格常数<= 250 μ m的网格上。额外的探测器要求包括小于5 keV的低能量阈值和小于1 keV的能量分辨率。高角分辨率X射线飞行任务的科学驱动力包括研究和测量黑洞自旋、超大质量黑洞的宇宙演化、活动星系核反馈以及物质在非常高密度下的行为。在这篇文章中，我们报告了我们的研发研究，目标是优化小像素碲锌镉和碲化镉探测器。
2015-01-14 astro-ph.IM physics.ins-det
Inverse Low Gain Avalanche Detector (iLGAD) Periphery Design for X-Ray Applications
LGAD技术是在粒子物理学领域建立的，是HL-LHC ATLAS和CMS升级定时探测器的基线技术。像素化LGAD已经被提出用于ATLAS和CMS实验的高粒度定时检测器（HGTD）和端盖定时层（ETL）。分割LGAD的缺点是像素之间的非增益区域以及随之而来的填充因子的降低。从这个意义上说，IMB-CNM提出了逆LGAD（iLGAD）技术，以提高填充因子并达到出色的跟踪能力。在这项工作中，我们探索使用iLGAD传感器的X射线应用开发新一代的iLGAD。第一代iLGAD的外围通过TCAD工具进行了优化，通过双面优化使其适合X射线照射。所制备的iLGAD传感器在X射线照射前后均表现出良好的电学性能。第二代iLGAD能够承受相同的电压，与辐照后的第一代iLGAD相反。
2022-06-01 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
