Background Rejection in Highly Pixelated Solid-State Detectors
高度像素化的固态探测器在识别和抑制天然放射性背景方面具有出色的能力。我们提出的背景识别策略的DAMIC实验，采用硅电荷耦合器件寻找暗物质。DAMIC已经证明能够从硅靶中的$^{32}$ Si、$^{238}$ U和$^{232}$ Th衰变链中分离和测量每个$β$发射体的活性。赛琳娜中微子实验将采用类似的策略，该实验将采用混合非晶$^{82}$ Se/CMOS成像器来执行$ββ$衰变和太阳中微子的光谱学。我们提出了建议的实验策略，赛琳娜实现零背景在100吨年的曝光。
2022-12-09 nucl-ex physics.ins-det
Development of a highly pixelated direct charge sensor, Topmetal-I, for ionizing radiation imaging
采用工业标准的0.35μ mCMOS集成电路工艺，实现了一种高度像素化的传感器，该传感器通过放置在每个像素顶部的金属节点直接收集电荷，并形成电荷云分布的二维图像。第一个版本Topmetal-I具有80μm间距大小的64 x64像素阵列。直接电荷校准显示每个像素的平均电容为210 fF。电荷收集噪声接近热噪声极限。随着读出，各个像素通道表现出330 e-的最可能的等效噪声电荷。
2014-07-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Gamma spectroscopic measurements using the PID350 pixelated CdTe radiation detector
光谱测量使用PID 350像素化伽马辐射探测器。为了减少在高光子通量的情况下读取数据期间的数据丢失，已经开发了一种高速数据采集系统。一个数据分析框架已经开发，以提高所获得的能谱的分辨率，使用特定的校准参数为每个PID 350的像素。三个PID 350探测器已被用来构建一个堆叠的原型系统和光谱测量已进行，以测试的原型定位放射源的能力。
2010-11-15 nucl-ex physics.ins-det
Radiation Damage of $2 \times 2 \times 1 \ \mathrm{cm}^3$ Pixelated CdZnTe Due to High-Energy Protons
本研究通过61 MeV质子辐照实验，量化了像素化CdZnTe探测器在高达2.6×10^8 p/cm²通量下的辐射损伤，发现偏压依赖的退化效应，并评估了退火恢复效果。
2023-08-05 astro-ph.IM physics.ins-det
A GEANT4 based Simulation for Pixelated X-ray Hybrid Detectors: Extended Report
蒙特卡罗模拟是理解探测器设备内辐射相互作用的影响的有力工具，不仅允许评估实验测量的典型估计，并作为设计实验的手段，而且提供通常不容易通过实验获得的额外信息。本文提出了一种简单的数值方法来描述像素化探测器的功能。从各种模拟设置的估计，获得和观察到的功能与实验结果进行比较，以验证在何种程度上，他们正确地描述了这种方法。基本曲线，如相互作用概率和重建的能量沉积作为光束能量的函数计算。像素响应，电荷共享效应和分辨率估计也得到。
2014-09-22 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
Pixelated Geiger-Mode Avalanche Photo-Diode Characterization through Dark Current Measurement
像素化盖革模式雪崩光电二极管（PPD），通常被称为硅光电倍增器（SiPM），正在成为各种探测器中传统光电倍增管（PMT）的优秀替代品，特别是那些用于亚原子物理实验的探测器，其需要大量的测试和操作程序以实现所有器件的均匀响应。在本文中，我们表明两个PPD品牌，滨松MPPC和SensL SPM，暗噪声率，击穿电压和相关雪崩率可以推断出从暗电流作为工作电压的函数的唯一措施，从而大大简化了表征过程。我们引入了一个定制的电子系统，允许同时测量许多设备，从而允许以低成本快速测试和监测许多设备。最后，我们表明，Hamamastu多像素光子计数器（MPPC）的暗电流是相当独立的温度在恒定的工作电压，因此电流测量不能用来探测温度的变化。另一方面，MPPC电流可用于在DC模式下监控光源条件，而无需很强的温度稳定性，只要集成光源亮度与暗噪声率相当即可。
2013-12-02 physics.ins-det
A 2D pixelated stilbene scintillator detector array for simultaneous radiography with fast neutrons and gammas
为实现快中子与γ射线同时辐射的射线照相应用，我们研制了一种探测器，它由16个二苯乙烯晶体组成4 $\times$ 4二维阵列，间距为5 mm，深度为25 mm，晶体阵列由硅光电倍增器和定制的信号处理电路读出。探测器原型在Paul Scherrer研究所使用定制的D-D快中子发生器进行了测试。通过应用脉冲形状鉴别算法，探测器能够同时探测和区分快中子和伽马。对放置在源和探测器之间的不同材料和厚度的衰减样品进行了测试，并将测量的宏观快中子截面与预期进行了比较。在详细的Geant 4模拟的帮助下研究了偏差。对D-D快中子的探测效率约为10%。
2020-12-22 physics.ins-det
A highly pixelated CdZnTe detector based on \textit{Topmetal-${II}^-$} sensor
\textit{Topmetal-${II}^-$}是一款低噪声CMOS像素直接电荷传感器，间距为83 $μm$。CdZnTe是一种优良的辐射探测半导体材料。CdZnTe和传感器的组合使得有可能构建具有高空间分辨率的探测器。在我们的实验中，环氧树脂粘合剂被用作导电介质连接传感器和碲锌镉（CdZnTe）。在-2V的低偏压下测量了电子的扩散系数和充电效率，并且单个α的图像清晰，具有合理的空间分辨率。这种结构的探测器有可能应用于X射线成像系统与传感器的进一步改进。
2017-01-11 physics.ins-det
Extensive simulation studies on the reconstructed image resolution of a position sensitive detector based on pixelated CdTe crystals
我们提出的位置敏感辐射仪器（COCAE）的重建图像分辨率的结果的基础上广泛的模拟研究。重建图像的分辨率已被调查在广泛的入射光子能量的点状源位于不同的源到探测器的距离上和关闭的探测器的对称轴。通过模拟位于探测器对称轴上和探测器对称轴外以及不同位置的不同能量的点状源，研究探测器区分同时观测到的多个放射源的能力
2011-11-26 nucl-ex 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
Simulation studies and spectroscopic measurements of a position sensitive detector based on pixelated CdTe crystals
模拟研究和光谱测量的COCAE项目的背景下，正在开发的像素多层碲化镉探测器的发展。该仪器将用于定位和识别放射源和放射性污染点。对于定位任务，利用了康普顿效应。在不同的辐射场，以及探测器的整体效率的探测器的响应进行了评估。光谱测量已经进行了评估的能量分辨率的检测器。利用探测器的角分辨率测量分布，在较宽的初始光子能量范围内研究了事件重建的效率。此外，COCAE探测器定位放射源的能力进行了研究。
2010-11-15 nucl-ex physics.ins-det
AstroPix: A Pixelated HVCMOS Sensor for Space-Based Gamma-Ray Measurement
NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心）；Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP), University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校粒子物理研究所(SCIPP)）；University of Colorado Denver（科罗拉多大学丹佛分校）；Carleton College（卡尔顿学院）；Center for Research and Exploration in Space Science and Technology（空间科学与技术探索研究中心）；Physics Program, Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University（广岛大学先进理工学研究科物理项目）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Maryland（马里兰大学）；Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University（名古屋大学宇宙地球环境研究所）；ASIC and Detector Laboratory, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院ASIC与探测器实验室）；Rice University（莱斯大学）；The George Washington University（乔治华盛顿大学）；Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University（名古屋大学小林-益川粒子宇宙起源研究所）；Department of Physics and Center for Space Sciences and Technology, University of Maryland Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩郡分校物理系与空间科学与技术中心）
本文介绍了用于天基伽马射线测量的像素化 HVCMOS 传感器 AstroPix 的研发进展，重点报告了 v3 版本在能量分辨率和耗尽深度上的测试结果。
2025-10-28 astro-ph.IM physics.ins-det
Development and characterization of hybrid MCP-PMT with embedded Timepix4 ASIC used as pixelated anode
INFN, Division of Ferrara（意大利国家核物理研究所费拉拉分部）；Dept. of Physics and Earth Science, University of Ferrara（费拉拉大学地球科学与物理学系）；EP Department, CERN（欧洲核子研究中心实验物理部）
该研究开发了一种基于Timepix4 ASIC的混合MCP-PMT探测器，实现了高空间和时间分辨率，用于单光子探测应用。
2026-02-02 physics.ins-det
Pixelated Plastic Scintillator Array Manufacturing using Fast-, Photo-Curable Resin
Air Force Institute of Technology（空军理工学院）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Defense Threat Reduction Agency Nuclear Science and Engineering Research Center（国防威胁降低局核科学与工程研究中心）
本研究提出了一种基于增材制造的二维塑料有机闪烁体阵列制造方法，利用定制自动化装配机和高非芳香性丙烯酸寡聚物含量的光固化树脂，实现了高效、高分辨率的中子成像探测器制造。
2026-04-26 nucl-ex physics.app-ph 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
A 50 ps resolution monolithic active pixel sensor without internal gain in SiGe BiCMOS technology
采用IHP Mikroelektronik的SG 13 G2 130 nm SiGe BiCMOS技术生产了专为高时间分辨率设计的单片像素化硅探测器。该概念验证芯片包含65 μm和130 μm边的六边形像素。所实现的SiGe前端电子器件分别为70和220 fF的像素电容提供90和160个电子的等效噪声电荷，并且总时间步行小于1 ns。实验室测量与90锶源显示的时间分辨率为50 ps的顺序。这一结果与集成雪崩增益机制的硅技术具有竞争力。
2019-08-26 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
Active Personal Eye Lens Dosimetry with the Hybrid Pixelated Dosepix Detector
本文验证基于 Dosepix 的主动式个人眼晶状体剂量计原型，表明其在宽能量、入射角及脉冲辐射条件下满足 IEC 61526 限值且重复性优于 1%。
2023-08-01 physics.ins-det physics.med-ph
Influence of radiation damage on the absorption of near-infrared light in silicon
测量了波长在0 ~ $~$ cm $~μ$之间的光在硅中的吸收长度$~$。结果表明，由于辐照引起的缺陷，$λ_{abs}$随注量的增加而减小。本文给出了室温下$λ_{abs}$的辐射感生变化随波长和中子当量注量的唯象参数。$λ_{abs}$随辐照减少的观察结果通过对辐照硅条探测器的边缘TCT测量得到证实。利用测得的$λ_{abs}$的波长依赖性，确定了硅带隙随注量的变化。
2020-04-20 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
Calibration of X-Ray Source of a Powder Diffractometer and Radiation Test of Silicon Microstrip Detectors
本文介绍了一种基于快速闪烁计数器的粉末衍射仪X射线源焦面绝对通量的柔性标定装置。根据X射线管上的高电压，测得的通量在200 - 400 MHz的范围内，而通量的不确定度估计为5%。我们还将此校准应用于多通道硅微带X射线探测器的辐射硬度研究。
2020-08-26 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
Optimization of various isolation techniques to develop low noise, radiation hard double-sided silicon strip detectors for the CBM Silicon Tracking System
本文报道了双面硅微条探测器（DSSD）的设计优化，以减少等效噪声电荷（ENC），并最大限度地提高击穿电压和电荷收集效率。各种隔离技术进行了探讨，并进行了详细的比较研究，以优化检测器的性能。为了评价硅探测器的性能，已包括辐射损伤模型。在五年的预期CBM运行期间，预计中子注量为每年2 × 10 ^{13} n_{eq} cm $^{-2}$，中间阶段为热维护、冷维护和停堆。已经进行了瞬态模拟，以估计辐照探测器的电荷收集性能和模拟已与实验数据进行了验证。
2012-11-27 hep-ex physics.ins-det
Radiation damage studies of silicon photomultipliers for the CMS MIP Timing Detector
University of Notre Dame（圣母大学）；Institute of Nuclear Research（核物理研究所）
研究不同单元尺寸的Hamamatsu SiPM在反应堆中子辐照后的性能变化，分析击穿电压、信号幅度、暗电流和噪声等参数。
2026-06-08 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
Study of the Radiation Hardness of Irradiated AToM Front-End Chips of the BaBar Silicon Vertex Tracker
用60Co源的光子和0.9GeV电子辐照BaBar硅顶点跟踪器的AToM芯片，研究了其抗辐照强度。放大器噪声的增加和增益的降低被测量为所施加的容性负载和吸收剂量的函数。采用不同的束流强度，研究了不同剂量率对AToM辐射损伤的影响。芯片的数字功能已经测试了高达5.5兆拉德的60 Co光子和9兆拉德的0.9 GeV电子的剂量。此外，在用电子的测试中已经观察到被照射通道的基座移位，但在用光子的照射中不存在。这种效应定性地再现了自2002年以来在安装的BaBar Silicon Vertex Tracker的前端电子设备中观察到的行为。在对芯片布局进行了一些调查之后，这种特殊的行为可能与AToM的一个明确识别的组件中的辐射损伤有关。辐射测试的结果，并用于推断安装的探测器在未来几年的性能和寿命。
2004-11-22 physics.ins-det
Time dependence of the behaviour of silicon detectors in intense radiation fields and the role of primary point defects
探测器中的体位移损坏在器件水平上产生影响，其限制了探测器作为位置敏感器件的长时间使用，从而限制了探测器系统的寿命。因此，预测探测器在恶劣辐射环境中的时间行为是一个非常有用的工具。在这方面的贡献，我们预测的时间退化的硅探测器的辐射环境中预期的LHC机器升级的亮度和能量SLHC，从硅晶体获得不同的生长技术，在由作者开发的模型的框架，并考虑到主要缺陷的贡献。
2006-11-08 hep-ph physics.ins-det
Gamma Radiation Spectra of 1200 MeV Electrons in Thick Beryllium, Silicon, and Tungsten Single Crystals
测量了1200 MeV电子在1.2mm厚的铍、1.5mm和15.0mm厚的硅和1.18mm厚的钨单晶中沿晶轴的γ辐射谱。还测量了1.5mm厚硅单晶中γ辐射沿晶轴的谱角分布<100><110><111>。在这些测量的基础上，得到了高达6.97*10 ~（-6）sr的不同立体角的辐射谱。测量了15.0mm厚的硅单晶和3.0mm厚的钨单晶中能量为1200、600和300 MeV的电子的γ辐射谱。上述结果补充了先前获得的实验和理论数据，并可用于为辐射技术创建强伽马射线束源。
2018-01-09 physics.acc-ph physics.ins-det
Silicon Photo-Multiplier radiation hardness tests with a beam controlled neutron source
我们报告在弗拉斯卡蒂中子发生器上进行的硅光电倍增器，半导体光子探测器从雪崩光电二极管在硅衬底上的方阵建成的辐射硬度测试。来自不同制造商的几个样品已经接受了辐照，每平方厘米累积了7 × 10^10个1 MeV当量中子。探测器的性能在中子辐照过程中得到了记录，并且发现在积分通量达到每平方厘米10^8个1 MeV当量中子之后，探测器的性能就会逐渐变差。
2010-06-08 hep-ex physics.ins-det
Study of radiation damage induced by 12 keV X-rays in MOS structures built on high resistivity n-type silicon
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）的成像实验要求硅像素传感器具有非凡的性能规格：剂量高达1千兆焦的12 keV光子、200 \times 200 \mum的每个像素高达10^5个12 keV光子、XFEL脉冲之间的时间间隔为220 ns。为了解决这些问题，特别是辐射损伤的问题，已经研究了SiO_2层和Si-SiO_2界面的性质，所述Si-SiO_2界面使用在高电阻率n型硅上制造的MOS电容器，所述MOS电容器被照射到10 kGy和1 GGy之间的X射线剂量。测量了不同频率下的电容/电导-电压（C/G-V）以及热介电弛豫电流（TDRC）。这些数据可以用依赖于辐射的氧化物电荷密度和三个主要的辐射诱导的硅带隙中的类高斯能量分布的界面态来描述。据发现，固定的氧化物电荷和三个界面状态的密度增加到约10 MGy的剂量值，然后饱和，甚至减少。C/G-V测量的形状和频率依赖性可以通过使用从TDRC测量中提取的参数的简单模型来定量描述。
2012-01-10 physics.ins-det
Correlation between radiation processes in silicon and long-time degradation of detectors for high energy physics experiments
在这方面的贡献，基本相互作用过程中引起的辐射在硅和可观察到的影响，限制了在高能物理实验中使用硅探测器之间的相关性进行了研究的框架内的唯象模型，其中包括：产生的主要缺陷在照射开始从硅中的基本相互作用，缺陷的动力学，在pn结探测器水平的影响。由于照射粒子（π介子，质子，中子），他们的通量，硅中的阈值能量的各向异性，杂质浓度和电阻率的起始材料的影响进行了研究作为时间，能量密度和温度依赖性的检测器特性。预测了在LHC和SLHC复杂强子背景场中探测器电参数的预期退化。
2006-11-20 hep-ph physics.ins-det
Radiation Damage in Silicon Detectors Caused by Hadronic and Electromagnetic Irradiation
该报告载有硅探测器受到高强度强子和电磁辐射后受到辐射损害的各个方面。它的重点是改进预见的LHC应用，采用氧化硅晶片在探测器处理（结果从CERN-RD 48）。第一篇文章介绍了强子损伤的最新研究进展。几个改进概述，特别是相对于与探测器存储在LHC维护期间的抗退火问题。在最后一节中概述了开放的问题，其中包括充分了解质子和中子引起的损伤之间的差异，过程相关的影响，改变辐射耐受性，除了氧含量和缺乏了解的基础上，损伤引起的点和集群缺陷的探测器性能的变化。除了浮区硅，到目前为止完全用于探测器的制造，直拉硅也进行了研究，并首次显示有希望的结果。其他三篇论文处理伽马引起的损害，包括也引入缺陷的处理步骤或固有的生长硅。然而，重点是在宽剂量范围内的伽马辐照后的测量。研究了探测器性能和缺陷特性的变化。对于第一次，它表明，在一个标准的过程中，氧化硅探测器承受的辐射剂量高达1梯度只有轻微的恶化。此外，它是第一次示出，在这种情况下，检测器的性能可以直接解释由损伤引起的点缺陷。这种1：1的相关性对于所有未来的缺陷工程工作都是非常有希望的。
2002-12-04 physics.ins-det
Modeling of Radiation Damage Effects in Silicon Detectors at High Fluences HL-LHC with Sentaurus TCAD
在这项工作中，我们提出了一个增强的辐射损伤模型的基础上引入深层次的陷阱/复合中心，适合在非常高的注量（例如2.0x10E16 1 MeV当量中子/cm 2）的硅探测器的器件级数值模拟的应用。我们提出的模拟结果和实验数据之间的比较p型衬底结构在不同的操作条件（温度和偏置电压）的注量高达2.2x10E16中子/cm 2。模拟结果和实验测量之间的良好协议，促进应用此建模方案的优化下一个硅探测器在HL-LHC中使用。
2016-11-30 hep-ex physics.ins-det
Annealing of radiation induced defects in silicon in a simplified phenomenological model
初级辐射引起的缺陷的浓度先前已估计考虑到两个明确的机制之间的主要相互作用的入射粒子和半导体晶格的原子核，和反冲能量之间的电离和位移的划分，在Lindhard理论的框架。主要的位移缺陷是空位和位错，它们在硅中基本上是不稳定的。它们通过迁移、复合、湮灭相互作用或产生其他缺陷。在目前的工作中，模拟的时间演化的缺陷的浓度由π介子在中，高电阻率硅探测器的辐照后。在某些近似下，表示时间演化过程的微分方程可以解耦。这样得到的理论方程解析求解在某些特定的情况下，与一个自由参数，为一个广泛的粒子注量和/或为一个广泛的能量范围内的入射粒子，对于不同的温度;相应的固定的解决方案也被提出。
2001-07-26 physics.ins-det
Simulations of Silicon Radiation Detectors for High Energy Physics Experiments
硅辐射探测器是当前和计划中的高能物理对撞机实验的一个组成部分。这些探测器的模拟对于决定操作配置、进行精确的数据分析和开发未来的探测器是必不可少的。在本白皮书中，我们简要回顾了现有的工具，并讨论了未来需要研究和开发的挑战，以便能够应对大型强子对撞机和未来强子对撞机（如FCC-hh和SPPC）的高亮度运行的可预见的极端辐射环境。
2022-12-29 hep-ex 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
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
Geant4 Simulation of a filtered X-ray Source for Radiation Damage Studies
Geant 4低能扩展已被用于模拟工业X射线管的X射线谱，该谱具有用于以受控方式去除谱的不确定低能部分的滤波器。与使用硅漂移探测器精确测量的X射线光谱的结果进行了比较。此外，本文展示了如何在硅和二氧化硅层的电子器件的不同剂量率可以推导出从模拟。
2012-05-09 physics.ins-det
Radiation damage on Silicon Photomultipliers from ionizing and non-ionizing radiation of low-earth orbit operations
本文通过质子与X射线辐照FBK生产的不同尺寸NUV-HD SiPM，并结合在线IV测量与辐照前后功能表征，识别最适合空间应用的耐辐射工艺和版图变体。
2024-05-12 physics.ins-det
Silicon Sensors for Trackers at High-Luminosity Environment
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机加速器的计划升级，即大型强子对撞机的高光度（HL）阶段（预计2023年的HL-LHC），将导致比目前跟踪系统设计的更强烈的辐射环境。ALICE、ATLAS、CMS和LHCb实验中的全硅中央跟踪器所需的升级将包括更高的粒度和辐射硬传感器。新传感器的辐射硬度必须比LHC探测器高出大约一个数量级。为了解决这个问题，CERN RD 50合作项目“用于超高亮度对撞机的抗辐射半导体器件的开发”正在进行大规模的研发计划，以开发具有足够辐射耐受性的硅传感器。研究课题包括改进传感器材料的固有辐射耐受性和新颖的探测器设计，这些设计具有降低捕获概率（减薄和3D传感器）、最大化敏感区域（有源边缘传感器）和增强载流子生成（具有固有增益的传感器）等优点。本文将介绍几种探测器技术和硅材料在HL-LHC预期辐射水平下的测量和TCAD模拟的最新结果。
2015-03-12 hep-ex physics.ins-det
Radiation Hardness tests with neutron flux on different Silicon photomultiplier devices
抗辐射性是粒子物理实验中常见的高辐射环境对固态读出器件的重要要求。瑞士PSI的MEGII实验研究了禁戒衰变$μ^+ \to \mathrm{e}^+ γ$。利用世界上最强的μ介子束。沿束线和大厅本身产生的实验大厅中存在显著的非热中子通量（动能$E_k\geq 0.5 ~MeV$）。我们提出的中子通量的影响相比，MEGII的预期剂量的几个硅光电倍增管（SiPMs）。测试的型号为：AdvanSiD ASD-NUV 3S-P50（用于MEGII实验）、AdvanSiD ASD-NUV 3S-P40、AdvanSiD ASD-RGB 3S-P40、Hamamatsu和Excelitas C30742-33-050-X。中子源是位于意大利帕维亚大学的热亚临界倍增复合体（SM 1），用水进行减速。我们报道了SiPM最重要的电学参数：暗电流、暗脉冲频率、增益、直流偏置电阻随中子积分注量率的变化。
2017-06-23 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
Measurements and TCAD Simulations of Bulk and Surface Radiation Damage Effects in Silicon Detectors
在这项工作中，我们提出了一个辐射损伤模型的基础上引入深能级陷阱/复合中心适用于器件级数值模拟的辐射探测器在非常高的注量（例如，每平方厘米1 × 2 × 10^16 1-MeV当量中子）与表面损伤模型相结合，该模型是通过使用从γ辐照p-射线的测量中提取的实验参数开发的。类型专用测试结构。
2016-11-30 hep-ex physics.ins-det
Performance and Radiation Damage of the Heavy-Ion Silicon Beam Tracker in the BM@N Experiment
Joint Institute for Nuclear Research (JINR)（俄罗斯联合核研究所）
该研究针对BM@N实验的硅束流追踪器，利用¹²⁴Xe束流数据探究其性能与辐射损伤，发现提高偏置电压可恢复电荷收集效率，追踪效率仍接近99%，还重建了束流注量空间分布。
2026-10-14 physics.ins-det
Thin silicon strip detectors for beam monitoring in Micro-beam Radiation Therapy
微束放射治疗（MRT）是一种新兴的癌症治疗方法，目前正在法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射设施（ESRF）开发。该技术使用高度准直和分割的X射线束阵列，具有极高的剂量率和非常小的发散度，以受益于剂量体积效应，从而保护健康组织。在任何光束异常和系统故障的情况下，必须安装特殊的安全措施，例如需要连续监测光束强度分布的紧急安全快门。在3DMiMic项目中，开发了一种新型硅条探测器，可以解决MRT的特殊功能，例如极高的空间分辨率和剂量率，作为安全快门系统的一部分。第一个原型已经成功制造，并进行了旨在证明其适用于这种独特应用的实验。设计，制造和实验结果，以及任何确定的不足之处，为未来的优化报告和讨论在本文中。
2015-09-29 physics.ins-det
Prediction of Leakage Current and Depletion Voltage in Silicon Detectors under Extra-Terrestrial Radiation Conditions
硅探测是一种用于记录带电粒子通过的成熟技术。与此同时，它继续朝着提高辐射耐受性以及精度和适应性的方向发展。由于这些原因，它很可能仍然是与地外探索有关的探测系统的一个关键要素。硅传感器的漏电流和耗尽电压取决于传感器接收的积分通量，以及在辐照过程期间和之后的热历史。对于最小的假设屏蔽，因此粒子能谱，并使用已公布的数据火星地面温度，我们预测的漏电流密度和耗尽电压，作为时间的函数，硅传感器连续部署在火星表面的持续时间长达28地球年，几个传感器的几何形状和最坏情况下的温度情况。
2021-01-25 astro-ph.IM physics.ins-det physics.space-ph
Isothermal annealing of radiation defects in bulk material of diodes from 8" silicon wafers
针对LHC高亮度升级后辐射环境对探测器的挑战，研究了8英寸硅片二极管体材料的辐射损伤与等温退火行为，通过不同参数下的电学测量获取传感器特性。
2023-06-09 hep-ex physics.ins-det
Hydrogenated amorphous silicon detectors for particle detection, beam flux monitoring and dosimetry in high-dose radiation environment
氢化非晶硅（a-Si：H）具有显著的抗辐照性能，可以沉积在多种衬底上。自20世纪80年代中期以来，A-Si：H基粒子探测器已经被构建为平面p-i-n或肖特基二极管结构;这些探测器的厚度范围从1到50微米。然而，由于与高耗尽电压下的高漏电流相关的低S/N比和低电荷收集效率，使用平面结构的MIP检测一直存在问题。与平面结构相比，3D检测器架构的使用可以有益于减小电极间距离和增加检测器厚度以产生更大电荷的可能性。这种探测器可以用于未来的强子对撞机，因为它具有抗辐射性，也可以用于X射线成像。此外，可以利用在柔性材料（如kapton）上沉积a-Si：H的可能性来构建柔性和薄的束流测量探测器和X射线剂量计。
2020-02-25 physics.ins-det
Evaluation of Radiation Hardness of High-Voltage Silicon Vertical JFETs
在未来的ATLAS Inner Tracker中，每个硅条模块都将配备一个开关，能够在传感器出现故障时将高压电源与传感器分开。置于高压电源和传感器之间的开关需要在其断开状态下维持高电压，以便在接通状态下为传感器漏电流提供低电阻路径，并且辐射强度高达1.2e15 neq/cm 2，以及其他要求。虽然GAN JFET已被选为合适的抗辐射开关，但布鲁克海文国家实验室开发了硅垂直HV-JFET作为替代选择。预辐照结果表明，器件的功能和证明，硅HV-JFET满足预辐照开关的要求。为了评估辐照后的适用性，在Jozef Stefan研究所（JSI，斯洛文尼亚卢布尔雅那）对一些p型HV-JFET进行了中子辐照。本文报道了这些辐照器件的静态表征和TCAD数值模拟，用于深入了解辐照后行为的物理学。
2020-07-21 hep-ex physics.ins-det
Simulation of radiation damage effect on silicon detectors using RASER
Shandong Institute of Advanced Technology（山东高等技术研究院）；Jilin University（吉林大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院高能物理研究所）；Tsinghua University（清华大学）
本研究利用RASER模拟辐射对硅探测器的影响，通过HPTM模型预测其在长期高能物理实验中的电荷收集效率保持能力。
2025-04-29 hep-ex physics.ins-det
Study of p-type silicon MOS capacitors at HL-LHC radiation levels through cobalt-60 gamma source and TCAD simulation
在高亮度LHC（HL-LHC）时代，其实验中的设备将受到高中子和带电强子通量的辐射水平的增加，特别是在内部探测器中。CMS和ATLAS协作组正在进行中子和带电强子辐射试验的系统方案，以便对实验进行升级，以应对HL-LHC更高的光度以及相关的堆积事件和辐射通量的增加。在这项工作中，结果与$^{60}$钴- $γ$光子的互补辐射研究。这些剂量相当于两个大型LHC实验中硅跟踪器系统的外层将受到的剂量。本研究中的器件是浮区氧化p型MOS电容器。这些设备上的CV测量的结果呈现为一个特定的退火协议后的总吸收辐射剂量的函数。测量结果进行了比较与TCAD模拟的结果。
2021-03-04 hep-ex physics.ins-det
Combined Bulk and Surface Radiation Damage Effects at Very High Fluences in Silicon Detectors: Measurements and TCAD Simulations
在这项工作中，我们提出了一个新的组合TCAD辐射损伤建模方案，具有体积和表面辐射损伤效应，针对高亮度LHC硅探测器的分析。特别是，表面损伤模型已被开发，通过引入相关的参数（氮氧化物，NIT）提取的实验测量后，在剂量范围为10-500 Mrad（Si）的γ辐照后，对p型衬底测试结构进行。考虑碰撞电离和深能级截面变化的扩展体模型也被包括在内。通过将模拟结果与在非常高的注量（2 10^16 1 MeV当量n/cm^2）下进行的实验测量结果进行比较，该模型得到了验证，从而促进了TCAD方法在设计和优化未来HEP实验中使用的新一代硅探测器方面的应用。
2016-11-30 hep-ex physics.ins-det
Silicon detectors for the LHC Phase-II upgrade and beyond. RD50 status report
预计LHC的亮度将显著增加，以获得最大的物理潜力。特别是预计在2023年进行的第二阶段升级将意味着前所未有的辐射水平，大大超出目前使用的硅跟踪器的限制。ATLAS、CMS和LHCb正在研究全硅中央跟踪器，最内层将采用极抗辐射的硅传感器。在RD 50协作中，一个大型的研发计划已经进行了十多年，跨越了实验边界，为HL-LHC跟踪器开发具有足够辐射耐受性的硅传感器。最近RD 50研究的关键领域包括新的传感器制造技术，如HV-CMOS，与通常在小晶圆上生产粒子探测器的高度专业化的代工厂相比，以极具竞争力的价格利用了半导体行业中CMOS工艺的广泛可用性。我们还寻求更深入地了解宏观传感器性能之间的联系，如辐射引起的漏电流，掺杂浓度和捕获的增加，和缺陷水平的微观性能。另一个重要的活动是开发先进的传感器类型，如3D硅探测器，旨在满足HL-LHC顶点层的极端辐射水平。另一个重点领域是LGAD领域，其中用于创建高场区域的专用倍增层内置于传感器中。LGAD的特点是在辐照后也具有高信号，并且与传统的硅探测器相比具有非常快的信号，这使它们成为HL-LHC中ATLAS和CMS定时层的理想候选者。我们将介绍如上所述的几种硅探测器技术的最新技术，以及对应于HL-LHC注量和部分超出的辐射水平。
2019-10-14 hep-ex physics.ins-det
