Integrated Circuit Readout for the Silicon Sensor Test Station
描述了用于硅传感器测量的各种芯片。这些芯片基于0.35 um和0.18 um CMOS工艺。几个模拟芯片与自触发/去随机化器一起允许测量为不同目的设计的硅传感器。跟踪系统，量热计，粒子电荷测量系统和其他应用传感器可以通过集成电路与激光或放射源读出进行研究。通过这种测试装置还可以研究硅传感器的电参数。
2009-06-11 physics.ins-det
Fabrication of Analog Electronics for Serial Readout of Silicon Strip Sensors
研制了一套用于硅条传感器串行读出的模拟电路板。市售放大器安装在自制的混合板上，以接收来自硅条传感器的模拟信号。此外，另一个自制的电路板制造，以便将放大器控制信号转换成合适的格式，并提供偏置电压的放大器以及硅传感器。我们讨论了我们开发的电路板的制造工艺和性能的技术细节。
2007-04-23 physics.ins-det
Simulation and Experimental Study of Plasma Effects in Planar Silicon Sensors
在硅传感器中，与存在低载流子密度的情况相比，高密度的电子-空穴对导致电流脉冲形状和所收集电荷的空间分布的变化。本文提出了一个详细的比较数值模拟与时间分辨电流测量的平面硅传感器使用660~nm的激光，以创建不同密度的电子空穴对。
2010-10-14 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
Developments in Readout for Silicon Microstrip Sensors at a Linear Collider Detector
我们报告最近的结果使用的电荷划分，以获得一个纵向坐标从硅条探测器，和电子读出噪声的来源，长，薄条。这些结果为直线对撞机硅微带传感器组成的带电粒子跟踪系统的设计提供了依据。
2010-05-14 physics.ins-det
High-Precision Contactless Optical 3D-Metrology of Silicon Sensors
我们描述了一种非接触式光学三维硅微带传感器计量的设置和程序。通过视频显微镜和高精度XY工作台获得空间点。XY维度是从工作台的移动和模式识别中获得的，而Z维度是从光学系统与被调查对象的不同距离处拍摄的显微图像的快速傅立叶变换分析中获得的。该装置用于测量安装在碳纤维结构上的硅传感器的位置，精度为几微米。
2018-12-03 physics.ins-det
Experience on 3D Silicon Sensors for ATLAS IBL
3D硅传感器，其中等离子体微加工用于在硅衬底中蚀刻深窄孔以形成PIN结的电极，代表了高能物理实验中跟踪探测器的内部像素层的可能解决方案。这种类型的传感器已被开发为可插入B层（IBL），一个额外的像素层，已安装在ATLAS在目前关闭的大型强子对撞机在欧洲核子研究中心。本文介绍了在设计、测试和鉴定用于装备IBL部分的传感器和探测器模块方面的经验。基于ATLAS IBL三维硅传感器的经验，我们讨论了在高光度LHC（HL-LHC）上升级ATLAS和CMS的可能的新发展。
2014-12-19 physics.ins-det
Comparison of readout systems for high-rate silicon photo-multiplier applications
本文针对高计数率实验中SiPM探测器的数据采集需求，比较五种成熟度不同的读出系统在死时间、效率、动态范围及时间和能量分辨率等方面的表现。
2023-12-08 hep-ex physics.ins-det
Development of novel silicon sensors with high time and spatial resolution
研究了具有高时间分辨率（LGAD：Low Gain Avalanche Detector）和高位置分辨率（PSD：Position Sensitive Detector）功能的硅垫传感器，并将其应用于国际直线对撞机（ILC）探测器的硅钨电磁量能器中。制造原型传感器，配备专用ASIC（专用集成电路），并使用正电子束和放射性同位素进行测试。的第一个结果的测量与LGAD的时间分辨率和位置重建与PSD的报告。
2021-01-06 physics.ins-det
Alignment of Silicon tracking systems R&D on Semitransparent Microstrip Sensors
我们总结了一种新型的半透明微带传感器的研发活动，用于基于激光的硅跟踪器对准系统。这种新型传感器可用于颗粒跟踪和激光探测。该研究线的目的是增加硅微带探测器对红外线的光学透射率（T），对传感器设计进行微小修改，仍然适合其工业生产。在传感器设计中使用的光学模拟已经过实验验证，对几个图案化的材料样品。这些活动是在SiLC为下一个国际直线对撞机合作的背景下进行的。
2009-01-09 physics.ins-det
TCAD Simulations of Humidity-Induced Breakdown of Silicon Sensors
本研究使用Synopsys TCAD仿真结合光子发射成像和Top-Transient Current Technique测量，探究了环境湿度对硅传感器击穿电压的影响，揭示了p-bulk硅传感器外围电场和载流子密度随相对湿度趋向击穿的演化过程。
2025-03-04 physics.ins-det
Beam tests of silicon pixel 3D-sensors developed at SINTEF
为了承受非常高的辐射剂量，正在开发具有3D电极几何形状的硅像素传感器。这类探测器对于诸如高亮度LHC中预期的苛刻辐射环境非常感兴趣，但也用于空间物理和医学应用。本文介绍了SINTEF研制的原型传感器，并给出了在CERN的π介子束中的测试结果。这些测试表明，这些3D传感器在5 V至15 V的偏置电压下表现出预期的全效率。
2018-08-05 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
Investigations into the impact of locally modified sensor architectures on the detection efficiency of silicon micro-strip sensors
LHC的高亮度升级将需要用内部跟踪器（ITk）取代ATLAS的内部探测器，以应对更高的辐射水平和更高的轨道密度。原型硅条探测器模块目前正在开发，并在粒子测试束和X射线束的性能进行了研究。在先前的原型模块的测试梁研究中，发现硅传感器条在从74.5 { \upmu }m的条间距变化的区域中响应。这些变化与传感器架构的局部特征有关。本文介绍了详细的传感器测量结果在X射线和粒子束调查的影响传感器功能（金属垫和p-停止）上的传感器条的响应区域。
2017-07-03 physics.ins-det
LHCb VELO software alignment, Part III: the alignment of the relative sensor positions
LHCb Vertex传感器包含42个硅传感器模块。每个模块有两个硅传感器。提出了一种用于从数据确定每个模块内的硅传感器的相对对准的方法。软件实现的细节进行了讨论。蒙特卡罗模拟研究表明，在传感器平面内获得的对准精度为1.3微米。
2008-07-22 physics.ins-det
Silicon Sensors implemented on p-type substrates for high radiation resistance applications
硅基微图案探测器是现代高能物理实验中必不可少的元件。成本效益和高抗辐射性是用于内跟踪装置的技术的两个重要要求。基于p型衬底的工艺对于这些应用具有非常强的吸引力。最近的成果和原型正在进行的努力进行审查。
2007-01-23 physics.ins-det
Electro-optical imaging of electric fields in silicon sensors
提出了一种利用光电成像技术测量硅探测器中电场的概念装置。它基于Franz-Keldysh效应，该效应描述了能量接近硅带隙的光吸收的电场依赖性。使用已发表的数据，估计测量精度为1至4 kV/cm。该装置旨在确定辐射损伤硅探测器中的电场，作为辐射通量和粒子类型、温度和偏置电压的函数。的整体概念和个别组件的设置。
2021-02-08 physics.ins-det
Optimizing floating guard ring designs for FASPAX N-in-P silicon sensors
FASPAX（费米-阿贡半导体像素阵列X射线探测器）是一种快速集成的区域探测器，具有广泛的动态范围，用于升级后的高级光子源（APS）的时间分辨应用。FASPAX是一种具有预期$\mbox{13 $ MHz $}$图像速率的突发模式探测器，它还将采用一种新型集成电路，以实现从单光子灵敏度到$10^{\text{5}}$ x射线/像素/脉冲的宽动态范围。为了实现这些雄心勃勃的目标，需要一种新型的硅传感器设计。本文将详细介绍FASPAX传感器的早期设计。将介绍TCAD优化研究的结果和原型传感器的表征。
2016-09-13 physics.ins-det
Micrometric Position Monitoring Using Fiber Bragg Grating Sensors in Silicon Detectors
介绍了用于高能物理硅探测器结构变形监测、定位和测量的光纤光栅传感器的长期稳定性、分辨率、抗辐射性和特性研究结果。
2005-12-28 physics.ins-det
Time resolution of silicon pixel sensors
我们推导出表达式的硅探测器的时间分辨率，使用朗道理论和PAI模型描述的电荷沉积的高能粒子。首先，我们使用的质心时间的诱导信号，并推导出解析表达式的三个组件有助于时间分辨率，即电荷沉积波动，噪声和波动的信号形状由于加权场的变化。然后，我们推导出表达式的时间分辨率，使用前沿歧视的信号为各种电子整形时间。文中还讨论了具有内增益的硅探测器的时间分辨率。
2019-06-25 physics.ins-det
Development of a Neutron Imaging Sensor using INTPIX4-SOI Pixelated Silicon Devices
我们研制了一种基于INTPIX 4-SOI像素化硅器件的中子成像传感器。在几个中子设施上进行中子辐照试验，以研究传感器对中子的响应。对热中子的探测效率约为$1.5$ \%。空间分辨率的上限被评估为$4.1 \pm 0.2 ~μ$ m的线扩展函数的标准偏差。
2020-06-10 physics.ins-det
Charge and temporal characterisation of silicon sensors using a two-photon absorption laser
第一次测量是从一个新委托的双光子吸收（TPA）设置在Nikhef。系统的各个组成部分的特性进行了讨论。两个平面硅传感器，一个是电子收集和一个空穴收集，其特征在于与电荷收集和时间分辨率的详细测量。TPA斑点被确定为在硅中具有0.975（11）$μ\text{m}$的半径和23.8 $μ\text{m}$的长度。系统的触发时间分辨率最大为30.4 ps。对于两种传感器，在像素上观察到均匀的电荷收集，并且使用TPA技术直接对像素侧金属化进行成像。单个像素的最佳时间分辨率分别为电子和空穴收集传感器的600 ps和560 ps，并且由ASIC贡献主导。在传感器中的不同深度和像素内的位置处进行了进一步扫描，并且显示出均匀的响应。它的结论是TPA设置是一个强大的工具，调查硅传感器的电荷收集和时间特性。
2022-01-24 physics.ins-det
Signal coupling to embedded pitch adapters in silicon sensors
我们已经研究了嵌入式间距适配器的影响，在n衬底硅微带传感器的信号形成与梁测试和模拟的数据。根据模拟，间距适配器金属层的存在改变了传感器内部的电场，导致附近条带上的信号形成减慢以及间距适配器上的拾取效应。这可能导致检测穿过桨距适配器区域的颗粒的效率低下。所有这些效应都已在梁试验数据中观察到。
2017-08-10 physics.ins-det
Radiation hardness of diamond and silicon sensors compared
从实验和理论上比较了硅带电粒子传感器与单晶和多晶金刚石传感器的抗辐射能力。结果表明，对于Si和C-传感器，NIEL假设，即信号损失与非电离能量损失成正比，是一个很好的近似本数据。在入射质子和中子能量远高于0.1 GeV的辐射损伤是由非弹性截面为主，而在非相对论能量的弹性截面占主导地位。较小的非弹性核子-碳截面和轻的核碎片意味着在高能量下，金刚石比硅更难辐射，而在低于0.1 GeV的能量下，差异变得明显更小。
2007-05-01 physics.ins-det
Study of Silicon Pixel Sensors for Synchrotron Radiation Detection
混合像元单光子计数探测器已成功应用于同步辐射X射线探测中。本文研究了工作在全耗尽模式下的用于单光子探测的硅像素传感器。像素传感器制作在4英寸、N型、320μm厚的高电阻率硅晶片上。像素传感器具有p+-in-n结构，其具有变化的像素尺寸和间隙尺寸，包括保护环结构。之后，像素传感器被引线键合到ASIC电路上，并在同步加速器光束线（BSRF，1 W2 B）中测试X射线响应性能。通过S曲线扫描，我们可以得到能量分辨率和输入能量与等效发生器幅度之间的线性关系。我们制作的像素传感器具有良好的能量线性和高计数率取决于ASIC读出电路。我们通过引线键合获得了10 keV光子能量以上20%的能量分辨率。为了减小杂散电容，采用铟球键合传感器可以提高能量分辨率。
2015-04-15 physics.ins-det
Tests of silicon sensors for the CMS pixel detector
CMS实验的跟踪系统，目前正在欧洲核子研究中心（瑞士日内瓦）的大型强子对撞机（LHC）建设中，将包括一个硅像素探测器，在其最终配置中提供三个空间测量，用于高能pp碰撞产生的轨道。在本文中，我们提出了在欧洲核子研究中心进行的辐照硅像素传感器的测试束测量的结果。洛伦兹角和电荷收集效率测量两个传感器的设计，并在各种偏置电压。
2003-11-11 physics.ins-det
Neutron Irradiation and Electrical Characterisation of the First 8" Silicon Pad Sensor Prototypes for the CMS Calorimeter Endcap Upgrade
本研究针对CMS高粒度量能器升级需求，开展了8英寸硅pad传感器的中子辐照与电学表征，完成了研发关键里程碑并给出了传感器电学特性结果。
2022-09-21 physics.ins-det
Novel Silicon n-in-p Pixel Sensors for the future ATLAS Upgrades
鉴于LHC升级到HL-LHC的阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。n-in-p硅技术是像素升级的一个有前途的候选者，这要归功于它的辐射硬度和成本效益，这允许扩大像素探测器的面积。我们提出了新的n-in-p平面像素传感器的特性和性能，由CiS（德国）通过凸点键合连接到ATLAS读出芯片FE-I3。这些结果是在10^16 1-MeV n_eq/cm ^2能量密度辐照前后获得的，证明了这种传感器在HL-LHC像素系统所预见的恶劣辐射环境中的可操作性。我们还概述了新的像素生产，这是正在进行的CiS的传感器兼容新的ATLAS读出芯片FE-I4。
2012-05-23 physics.ins-det
Versatile systems for characterization of large-area silicon pad sensors for highly-granular calorimetry
利用硅垫传感器作为主要活性材料的高粒度量热计正在为CMS端盖量热计升级而设计，并已被提议用于CLIC、ILC和FCC-ee的电磁量热计。预计此类实验中的硅传感器将覆盖非常大的O（$\mathrm{m^2}$）面积。它们通常由6或8英寸的晶片制成，由几百个较小的单元组成，每个单元的面积为O（0.1至1.1 $\mathrm{cm^2}$）。目前，CMS端盖热量计升级处于原型阶段，目的是选择最终的传感器设计。灵活的系统需要尽可能接近操作条件的快速传感器表征，用于测试不同的原型和批量生产期间的质量控制。ARRAY系统由一个具有512个输入通道的有源开关矩阵PCB和一个专用于每个传感器布局原型的无源探针卡组成。探针卡通过弹簧加载引脚与每个焊盘接触。ARRAY设计用于测量不同偏置电压下每个单元的漏电流和电容，使整个传感器区域保持偏置。Hexaboard探针卡遵循类似的原理：预计将在最终CMS检测器中使用的读出电子设备安装在PCB上，该PCB通过弹簧加载引脚与传感器接触。它用于使用辐照传感器进行噪声和电荷收集效率测量，而无需模块组装。我们提出了阵列和Hexaboard系统的设计以及在不同的CMS原型硅传感器上进行的测量。我们还比较了结果与替代多针设置。
2020-04-02 physics.ins-det
Time Resolution Studies with Timepix3 Assemblies with Thin Silicon Pixel Sensors
Timepix3是一款用于混合像素探测器的多用途读出ASIC。它可以通过采用到达时间（ToA）和超阈值时间（ToT）技术同时测量时间和能量。这两种方法都受到时间漫步的系统性影响。本文提出了一种逐像素标定时间响应的方法。组件的Timepix3 ASIC凸点键合到薄的平面硅像素传感器的不同厚度之间的50微米和150微米的校准和粒子束的特征。对于最小的电离粒子，时间分辨率低至0.72 $\pm$ 0.04纳秒。
2019-03-10 physics.ins-det
Design and performance of the silicon sensors for the CMS barrel pixel detector
大型强子对撞机的CMS实验包括一个混合硅像素探测器，用于重建带电轨道和相互作用顶点。筒区由n中n型传感器组成，其单元尺寸为100 × 150 μ m^2，在扩散氧化的浮区硅上加工。偏置网格的实施和像素隔离实现与缓和的p-喷雾技术。在CERN SPS的H2束线上进行了广泛的测试计划。在本文中，我们描述了传感器的布局，光束测试设置和辐照和非辐照原型设备所获得的结果。给出了电荷收集、命中探测效率、洛伦兹角和空间分辨率的测量结果。
2007-02-12 physics.ins-det
Determination of the electric field in highly-irradiated silicon sensors using edge-TCT measurements
提出了一种方法，它允许获得的位置相关的电场和电荷密度的拟合速度剖面从边缘TCT数据从硅条探测器。通过对非辐照$n^+p$传感器的模拟和对非辐照$n^+p$条形探测器的边缘TCT数据的分析，研究了该方法的有效性和局限性。然后，该方法被用来确定的位置相关的电场和电荷密度在$n^+p$条探测器由反应堆中子照射到1和$10 \times 10^{15}$厘米$^{-2}$之间的能量密度为正向偏置电压25 V和高达550 V之间和反向偏置电压50 V和800 V之间。在所有情况下的速度分布得到很好的描述。确定的电场和电荷密度提供了定量的见解，反应堆中子对硅传感器的辐射损伤的影响。
2019-09-11 physics.ins-det
Simulation of charge transport at the surface of planar silicon sensors
针对高能物理用抗辐射平面硅传感器易发生表面击穿的问题，本研究用Synopsis TCAD和Allpix Squared开展电学及TCT模拟并结合激光扫描，验证模拟参数、探究表面电场与电荷收集特性，助力理解表面击穿机制。
2025-05-20 physics.ins-det
Charge losses in segmented silicon sensors at the Si-SiO2 interface
采用多通道时间分辨电流测量（multi-TCT）方法，研究了波长为660 nm的亚纳秒激光在Si-SiO2界面附近产生的电子-空穴对在p+n硅条传感器中的电荷收集.已经研究了用1 MGy的X射线照射之前和之后的传感器。在读出带和后电极中感应的电荷信号作为光点位置的函数由模型描述，该模型允许定量确定电荷损失和靠近Si-SiO2界面的电子累积和空穴反转层的宽度。取决于所施加的偏置电压、偏置历史和环境条件（如湿度），观察到不完全的电子或空穴收集以及累积层的不同宽度。此外，结果取决于传感器偏置后的时间，时间常数可以长达数天。的意见定性解释的帮助下，详细的传感器模拟。最后，它们的相关性的X射线光子和带电粒子的检测，并为分段p+n硅传感器的稳定操作进行了讨论。
2012-12-28 physics.ins-det
Timing performances of front-end electronics with 3D-trench silicon sensors
基于具有定时能力的像素的检测器在过去几年中变得越来越重要。由于在可预见的实验条件下轨道密度的预期水平，下一个即将到来的高能物理实验在对撞机上需要使用跟踪的时间信息。所谓的3D硅传感器给出了在传感器级别获得高分辨率性能的有前途的解决方案。3D传感器的一种特殊情况，即沟槽型传感器，其优异的固有时间分辨率受到感应电流持续时间中的残余非均匀性的限制。当检测器耦合到前端电子器件时，传感器对系统的总时间分辨率的固有贡献取决于电子器件本身的特性，并且可以通过适当的设计来最小化。本文旨在分析一种典型的前端电路，跨阻放大器，考虑不同的可能配置的时间可能的性能。将给出用于定时测量的传感器读出的优选操作模式的证据。
2023-01-26 physics.ins-det
Optimization of radiation hardness and charge collection of edgeless silicon pixel sensors for photon science
硅传感器的有源边缘技术的最新进展使得能够通过利用无边缘传感器来开发大面积平铺硅像素探测器，其中模块之间具有小死区。这种技术已经在一些代工厂成功生产基于ATLAS和Medipix的硅像素传感器中得到了证明。然而，无边缘传感器的缺点是电离辐射的辐射硬度差和边缘像素的不均匀电荷收集。在这项工作中，辐射硬度的无边传感器具有不同的极性已经使用Synopsys TCAD与X射线辐射损伤参数的实施进行了研究。结果表明，如果不存在传统的保护环，则当前设计中没有一个能够在辐照至约10 MGy的剂量后实现高击穿电压（通常< 30 V）。此外，电荷收集模型已被开发，并被用来计算收集的电荷的边缘像素的无边缘传感器时，与X射线照射。该模型考虑了像素传感器内部的电场分布、X射线的吸收、电子和空穴的漂移和扩散、电荷共享效应以及ASIC中的阈值设置。研究发现，边缘像素的电荷收集不均匀是由电场的强烈弯曲引起的，这种不均匀性与偏置电压、传感器厚度以及有源边缘到最后一个像素的距离（“边缘间距”）有关。特别地，靠近传感器的有效边缘的最后几个像素对低能量X射线（< 10 keV）不敏感，特别是对于具有较厚Si和较小边缘空间的传感器。模型计算的结果与实测结果进行了比较，两者吻合较好。该模型已被用于优化边缘设计。
2014-10-03 physics.ins-det
Development of a multi-channel power supply for silicon photo-multipliers used with inorganic scintillators
目前的研发项目的动机是基于JEDI国际合作的要求，旨在测量储存环中带电粒子的电偶极子矩（EDM）。这一实验的最重要组成部分之一将是一个专门设计的偏振计，其探测系统基于模块化无机闪烁体（LYSO晶体）量热计。热量计模块由硅光倍增器（SiPM）读出。本文介绍了一种用于旋光模块的多通道电源的开发，为SiPM提供非常稳定和干净的偏置电压。为了确保SiPM与基于晶体的热量计模块的最佳性能，并保证所需的热量计稳定性水平，电源必须满足几项质量要求。此外，它需要提供的功能，包括通过网络的遥控，输出电压的斜坡，测量和发送有关其输出电压和电流的信息，等所获得的结果表明，为JEDI旋光仪的目标得到满足。开发的硬件将是有用的基础和应用研究，医疗诊断技术和工业，其中SiPM使用的其他领域。
2020-02-05 nucl-ex physics.ins-det
Extraction of electric field in heavily irradiated silicon pixel sensors
提出了一种提取高辐照硅像素传感器本体电场的新方法。它是基于测量的洛伦兹偏转和迁移率的电子作为深度的函数。测量是在CERN H2光束线处进行的，其中光束相对于像素传感器表面成浅角度。提取的电场用于模拟像素传感器中的电荷收集和洛伦兹偏转。模拟的电荷收集和洛伦兹偏转是在良好的协议与非辐照和辐照高达1 E15 neq/cm 2传感器的测量。
2005-06-25 physics.ins-det
Accurate modelling of 3D-trench silicon sensor with enhanced timing performance and comparison with test beam measurements
本文介绍了详细的模拟的双像素结构的带电粒子探测的基础上的三维沟槽硅传感器的TIMESPOT项目开发和PSI实验室在$π-$ M1束进行的测量与模拟结果的比较。模拟是基于几个软件工具（TCAD，GEANT 4，TCoDe和TFBoost）的组合使用，允许充分设计和模拟设备的物理响应在很短的计算时间，O（1-100秒）每个模拟信号，通过利用并行计算，使用单线程或多线程处理器。这使得能够产生大量的模拟信号样本，对传感器特性进行详细的研究，并与实验结果进行精确的比较。
2021-06-15 physics.ins-det
Radiation Hard 3D Silicon Pixel Sensors for use in the ATLAS Detector at the HL-LHC
高亮度LHC（HL-LHC）升级需要ATLAS探测器的计划内跟踪器（ITk）能够承受极高的辐射剂量。具体地，像素系统的最里面的部分将必须承受高于$1\times10^{16}$ $n_{eq}cm^{-2}$的辐射通量。与传统的平面像素传感器相比，新型3D硅像素传感器提供了优异的辐射耐受性，因此是ITk最内部部分的优秀候选者。本文介绍了三维像素传感器的像素大小$50 \times 50$ $μm^2$安装在RD 53 A原型读出芯片的研究。设计和制造步骤的描述之后，测试光束的结果，以及严重辐照的传感器。对于垂直入射通过的粒子，当偏置到80 $V$时，暴露于$1\times10^{16}$ $n_{eq}cm^{-2}$注量的传感器的平均效率达到96%以上。
2022-02-21 physics.ins-det
Development of Edgeless Silicon Pixel Sensors on p-type substrate for the ATLAS High-Luminosity Upgrade
鉴于LHC的高亮度阶段（HL-LHC）升级，ATLAS实验计划用全硅系统取代内部探测器。n-in-p块体技术代表了大多数层的模块的有效解决方案，考虑到该选项的显著抗辐射性和降低的成本。仪表外层所需的大面积将需要平铺传感器，每个传感器边界处的低效区域需要减小到最小尺寸的解决方案。本文报道了ATLAS LPNHE巴黎集团和FBK Trento的一个联合研发项目，该项目基于FTK提供的深沟槽工艺，设计了一种新型的n-in-p无边平面像素。
2013-10-21 physics.ins-det
On the weighting field of irradiated silicon detectors
对辐照硅传感器的加权场的理解对于计算硅探测器在CERN LHC等加速器的辐射环境中的响应至关重要。使用1-D计算的非辐照垫传感器和1-D TCAD模拟的垫传感器照射前后，它示出的加权场的时间依赖性与电阻率的低场区域的欧姆行为在传感器中。本文导出了一个简单的公式，它把与时间有关的加权场的时间常数$τ$与电阻率和衬垫探测器的低场区的延伸联系起来。随着辐照硅的电阻率随注量增加并最终达到本征电阻率，$τ$变得比电荷收集时间大得多，并且加权场变得基本上与时间无关。TCAD模拟结果表明，对于一个厚度为200 μ m、工作电压为40 V、工作温度为$- 20^\circ$ C的二极管，当中子当量注量为$μ$ cm $^{-2}$时，发生了从依赖于时间的加权场到不依赖于时间的加权场的转变.因此，它的结论是，使用与时间无关的加权场计算与完全耗尽的非辐照传感器相同的方法也是适当的高度辐照硅传感器的模拟。
2019-07-18 physics.ins-det
Impact of low-dose electron irradiation on n+p silicon strip sensors
用多通道读出系统测量了n+p硅条传感器对Sr-90源电子的响应，采样时间为25 ns。在几周的时间内进行测量，在此期间，操作条件是变化的。传感器由Hamamatsu Photonics K.K. 200微米厚的浮区和磁性直拉硅。它们的间距为80微米，并且研究了n+条的p-停止和p-喷射隔离。来自Sr-90源的电子被准直成在传感器表面处具有2 mm的半高宽的斑点，并且在SiO2中的最大剂量率为约50 Gy/d。在仅仅几个小时的测量之后，观察到电荷收集和电荷共享的显著变化。退火研究，温度高达80°C，退火时间为18小时，表明这些变化只能部分退火。观测结果可以定性地解释为正氧化物电荷密度的增加，由于电离的SiO2的辐射源。TCAD模拟的电场在传感器中的不同的氧化物电荷密度和不同的边界条件在传感器表面支持这一解释。的相关性的测量的p+n条传感器的设计进行了讨论。
2015-05-11 physics.ins-det
ARRAY: An Open Source, Modular and Probe-Card based System with Integrated Switching Matrix for Characterisation of Large Area Silicon Pad Sensors
硅垫传感器被提议作为未来对撞机实验（例如紧凑型线性对撞机（CLIC）或国际线性对撞机（ILC））的高颗粒采样热量计中的活性材料。这些设计的电磁部分通常包括O（1000 m $^2$）硅垫传感器。对于光度测量，预计将使用一种称为LumCal的专用前向量热计。最近，CMS实验决定在HL-LHC的端盖量热计升级中采用相同的概念。传感器通常由6或8英寸的晶片制成，由几百个较小的单元组成，每个单元的面积为O（0.1至1 $\text{cm}^2$）。对于这些项目的原型阶段，必须评估几种设计选择，而对于大规模生产，必须测试数千个传感器以进行质量控制。对于这些传感器的电气特性，重要的是在实际条件下对其进行偏置。为了满足这些要求，ARRAY，一个紧凑的，模块化的和成本效益的大面积硅垫传感器表征系统已经开发并成功投产。它由两个插件印刷电路板组成：一个有源开关矩阵，具有512个输入通道，可容纳所有控制和一个连接到传感器的无源探针卡。后者可以适应任何传感器的几何形状。所有设计文件都是开源的。该系统已被用来测量电流范围从500 pA到5 $μ$ A和电容5 pF和100 pF之间。在该范围内的电容测量精度优于0.2 pF。给出了漏电流和电容的校准和测量结果的实例。
2021-02-26 physics.ins-det
Design and Characterization of Racetrack 3D-Trench Silicon Sensor Based on 8-Inch Process with Excellent Time Resolution
Key Laboratory of Fabrication Technologies for Integrated Circuits, Chinese Academy of Sciences（中国科学院集成电路制造技术重点实验室）；Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院微电子研究所）；School of Integrated Circuits, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学集成电路学院）；Department of Modern Physics and State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学近代物理系及粒子探测与电子学国家重点实验室）；International Center for Quantum-Field Measurement Systems for Studies of the Universe and Particles (QUP), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK）宇宙与粒子研究量子场测量系统国际中心（QUP））；School of Integrated Circuits, Ludong University（鲁东大学集成电路学院）
本文提出一种新型 racetrack 3D沟槽硅传感器，通过连续 racetrack 电极包围长中央收集电极，消除电场不均匀性。首次在8英寸平台上制备23μm浅蚀刻器件，实现了低泄漏电流、高击穿电压和优异的时间响应。
2026-05-08 physics.ins-det
TCT investigation of the one-sided depletion of low-temperature covalently bonded silicon sensor P-N diodes
本文利用瞬态电流技术研究低温共价键合硅P-N二极管，发现反向偏压下仅P侧耗尽的不对称行为，为粒子探测器集成高Z材料提供实验依据。
2023-03-27 physics.ins-det
Construction and characterisation of the DarkSide-20k veto silicon photo-multiplier tiles
本文描述了DarkSide-20k实验中用于抑制背景辐射的vTiles的生产与测试，验证了其在低温下的稳定性和低放射性污染，成功生产出超过87%的vTiles，满足实验需求。
2026-09-22 hep-ex physics.ins-det
Study of X-ray Radiation Damage in Silicon Sensors
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）每秒将提供30，000个完全相干的高亮度X射线脉冲，每个脉冲的持续时间低于100 fs。这将允许记录单个复杂分子的衍射图案和研究超快过程。硅像素传感器将用于记录衍射图像。在3年的操作中，传感器将暴露于高达1 GGy的12 keV X射线剂量。在该X射线能量下，预期硅中没有体损伤。然而，在覆盖硅的绝缘层中的固定氧化物电荷和在Si-SiO2界面处的界面陷阱将通过照射引入并随着时间积累。我们已经调查了测试结构中的微观缺陷和作为X射线剂量的函数的分段探测器的宏观电学性质。从测试结构，我们确定的氧化物电荷密度和界面陷阱的密度作为剂量的函数。我们发现，这两个饱和（甚至减少）的剂量之间的10和100毫戈瑞。对于分段传感器，由X射线引入的缺陷增加了全耗尽电压、表面漏电流和像素间电容。我们观察到在Si-SiO2界面处形成了电子积累层。其宽度随剂量增加而增加，随偏置电压减小而减小。使用TCAD模拟与剂量相关的参数从测试结构，我们能够重现所观察到的结果。这使我们能够针对XFEL要求优化传感器设计。
2011-11-04 physics.ins-det
Prototype electronics for the silicon pad layers of the future Forward Calorimeter (FoCal) of the ALICE experiment at the LHC
本文介绍ALICE未来FoCal电磁量能器硅垫层的原型读出电子学，覆盖前端到后端，并提出全探测器读出系统设计方案。
2023-04-24 physics.ins-det
Time dependence of charge losses at the Si-SiO2 interface in p+n-silicon strip sensors
采用瞬态电流技术，研究了1 MGy X射线辐照前后，在硅-二氧化硅界面附近p+n型传感器中产生的载流子的收集。本文介绍了用于确定收集的电子和空穴数的测量和分析技术。取决于偏置历史、湿度和辐照，观察到电子或空穴的不完全收集。充电损耗随时间变化。时间常数对于电子和空穴是不同的，并且当将相对湿度从约80%降低到小于1%时增加两个数量级。试图解释这些结果。
2013-05-02 physics.ins-det
Lorentz shift measurements in heavily irradiated silicon detectors in high magnetic fields
外部磁场对硅条传感器内部的漂移电荷施加洛伦兹力，从而移动收集的电荷的簇位置。该位移可能与洛伦兹角有关，在4 T的磁场中，洛伦兹角通常对于空穴为几度，对于电子为几十度。洛伦兹角取决于传感器内部的磁场、电场和温度。在这项研究中，研究了能量密度高达10^16 n/cm ^2的辐射敏感性。用波长为670 nm或1070 nm的红外激光束照射硅传感器的背面，在高达8 T的磁场中工作，通过诱导电离来测量洛伦兹位移。对于空穴，位移作为辐射的函数增加，而对于电子，它减少，甚至改变符号。事实上，辐照传感器的电子的洛伦兹位移小于空穴，在非辐照传感器中的观察结果相反，可以定性地解释由辐照传感器中的电场的结构。
2010-05-20 physics.ins-det
Stability and photometric accuracy of CMOS image sensors in space: Radiation damage, surface charge and quantum confinement in silicon detectors
本文分析辐射引起的表面电荷变化对硅成像探测器稳定性和测光精度的影响，以评估对未来NASA任务（如宜居世界天文台）的启示。
2023-05-08 physics.ins-det
Radiation Tolerance Characterisation of an Indigenously Developed p-type Silicon Pad Sensor for Forward Calorimetry Applications
Variable Energy Cyclotron Centre（变能回旋加速器中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Jadavpur University（贾达普大学）；Bhabha Atomic Research Centre（巴哈原子研究中心）；Institute for Plasma Research（等离子体研究所）
该研究对国产p型硅垫传感器进行辐射耐受性表征，通过中子辐照不同注量，测量辐照后漏电流演变和量热响应，引入模型提取损伤常数并与参考值比较，验证制造过程，为国产传感器生产链鉴定提供基线。
2026-07-16 physics.ins-det
A study of silicon sensor for ILD ECAL
国际大型探测器（International Large Detector，ILD）是国际直线对撞机（International Linear Collider，ILC）的探测器。它被设计成通过使用粒子流算法（PFA）来实现出色的射流能量分辨率，该算法依赖于在射流中分离附近粒子的能力。PFA需要高粒度的量热计。ILD电磁量热计（ECAL）是一种具有30个钨吸收层的采样量热计。该ECAL的总厚度约为24 X $_0$，并且它具有1000万至1亿个通道以实现高粒度。硅传感器是ECAL敏感层的候选技术。目前这些传感器的原型有256个5.5 $\times$ 5.5 mm $^2$像素，面积为9 $\times$ 9 cm $^2$。我们还研究了对红外激光的响应，以了解传感器在其边缘和像素读出焊盘之间的响应，以及不同保护环设计的影响。在本文中，我们展示了这些测量的结果，并讨论了未来的工作。
2014-03-31 physics.ins-det
