采用180 nm CMOS工艺的TJ-Monopix2 DMAPS的电荷收集与效率测量

耗尽型全单片CMOS像素探测器，采用基于列的读出架构，用于ATLAS内部跟踪器升级

Depleted fully monolithic CMOS pixel detectors using a column based readout architecture for the ATLAS Inner Tracker upgrade

耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）利用现代CMOS技术的高电压和/或高电阻率附加来实现感测体积中的实质性耗尽，已被证明在高亮度LHC时代对ATLAS的要求具有高辐射耐受性。具有快速读出架构的耗尽全单片CMOS像素目前正在开发，作为未来ATLAS内部跟踪器的外部像素层的有希望的候选者，该内部跟踪器将在2025年左右的ATLAS第二阶段升级期间安装。在这项工作中，两个DMAPS原型设计，命名为LF-MonoPix和TJ-MonoPix，提出。LF-MonoPix采用LFoundry 150 nm CMOS工艺设计和制作，TJ-MonoPix采用TowerJazz 180 nm CMOS工艺设计。两个芯片采用相同的读出架构，即列漏极架构，而追求不同的传感器实现概念。将描述两个原型的设计。还将显示LF-MonoPix的首次测量结果。

2017-09-29physics.ins-det

DMAPS：全耗尽单片有源像素传感器-模拟性能表征

DMAPS: a fully depleted monolithic active pixel sensor - analog performance characterization

自20世纪90年代后期以来，已经基于具有薄外延层（厚度为10-15 $μ$ m）的硅衬底开发了单片有源像素传感器（MAPS），其中电荷被收集在电极上，尽管是通过无序和缓慢的扩散，而不是通过定向电场中的漂移。因此，信号很小（$\approx$ 1000 e $^-$），并且辐射耐受性远低于LHC要求的100至1000倍。在本文中，我们提出了一个完全耗尽的单片有源像素传感器（DMAPS）的基础上，允许创建一个完全耗尽的检测体积的高电阻率基板的发展。该概念克服了标准MAPS设计中通过扩散进行电荷收集的固有限制。我们目前的测试芯片EPCB 01设计在一个商业150 nm CMOS技术的结果。该技术提供了一个薄（50 $μ$ m）的高电阻率n型硅衬底，以及一个额外的深p阱，允许在像素内集成完整的CMOS电路。已经实现了具有若干变型的收集电极的不同矩阵类型。将介绍DMAPS像素的第一个实现的模拟性能的测量。

2014-07-02hep-exphysics.ins-det

DMAPS Monopix在大小电极设计方面的发展

DMAPS Monopix developments in large and small electrode designs

LF-Monopix 1和TJ-Monopix 1是分别采用150 nm LFoundry和180 nm TowerJazz CMOS技术的耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）。它们被设计用于高速率和高辐射环境，例如高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的ATLAS内部跟踪器。这两个芯片的读出使用列漏极读出架构。LF-Monopix 1采用大电荷收集电极的设计，其中读出电子器件放置在内部。通常，这在传感器中提供均匀的电场和短的漂移距离。TJ-Monopix 1采用了一个小的电荷收集电极，读出电子元件与电极和一个额外的n型植入物分离，以实现敏感体积的完全耗尽。这种方法提供低传感器电容，因此提供低噪声，并且通常以小像素尺寸实现。这两种探测器的特点是之前和之后的照射使用实验室测试和粒子束。

2020-07-09physics.ins-det

用于HL-LHC升级的基于列漏架构的CMOS单片像素传感器

CMOS Monolithic Pixel Sensors based on the Column-Drain Architecture for the HL-LHC Upgrade

耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）构成了ATLAS实验内部跟踪器（ITk）外层的一种有前途的低成本替代品。现代高电阻率CMOS技术的实现通过实现感测体积的实质性耗尽来增强其辐射耐受性。两个DMAPS原型，使用相同的“列漏”读出架构，并基于不同的传感器实现的概念命名为LF-Monopix和TJ-Monopix已开发的大型哈登对撞机（HL-LHC）的高亮度升级。LF-Monopix采用LFoundry 150 nm技术制造，具有$50x250~μm^{2}$的像素尺寸和大收集电极，选择了高辐射耐受性。辐照$1\cdot10^{15}~n_{eq}/cm^{2}$后，检测效率可达99%. TJ-Monopix是一种大规模$(1x2~cm^{2})$原型，具有$36x40~μm^{2}$大小的像素。它是在一个新的TowerJazz 180 nm的修改过程中，使敏感层的完全耗尽，同时采用一个小的收集电极，是不太敏感的串扰制造。由此产生的小传感器电容（$<=3~fF$）被一个紧凑、低功耗的前端利用，该前端经过优化以满足25 ns的时序要求。测量结果表明，传感器的等效噪声电荷（ENC）$\approx11e^{-}$，阈值$\approx300~e^-$，阈值分散$\approx30~e^-$和总功耗低于$120~mW/cm^2$。

2018-09-10physics.ins-det

150 nm 与 180 nm Monopix DMAPS 的 X 射线辐照研究

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。

2025-06-05physics.ins-det

MALTA-Cz：一种基于高阻直拉法衬底的抗辐射全尺寸小电极单片CMOS传感器

MALTA-Cz: A radiation hard full-size monolithic CMOS sensor with small electrodes on high-resistivity Czochralski substrate

本文介绍了为ATLAS ITk升级研发的抗辐射全尺寸单片CMOS传感器MALTA-Cz，通过优化工艺与特殊注入设计在高阻直拉法衬底上实现小电极制造，在$2\ imes10^{15}$ 1 MeV n$_{eq}$/cm$^{2}$辐照后仍保持优异探测效率，时间分辨率达2 ns。

2023-09-13physics.ins-det

Monopix芯片：耗尽型单片有源像素传感器，采用列漏读出架构，用于ATLAS内部跟踪器升级

The Monopix chips: Depleted monolithic active pixel sensors with a column-drain read-out architecture for the ATLAS Inner Tracker upgrade

设计并测试了两种完全同步列漏读出结构的耗尽型单片CMOS有源像素传感器（DMAPS）原型：LF-Monopix和TJ-Monopix。这些芯片是研发工作的一部分，旨在为HL-LHC ATLAS内部跟踪器适当实现CMOS DMAPS。LF-Monopix采用150 nm CMOS工艺在高阻衬底（>2 k $Ω\,$ cm）上开发，而TJ-Monopix采用改进的180 nm CMOS工艺制造，具有1 k $Ω\,$ cm外延层用于耗尽。这些芯片在其前端设计、偏置方案、像素间距、收集电极相对于像素尺寸的尺寸（分别为大电极设计和小电极设计）以及读出电子器件在这种电极内的放置方面不同。在减薄至100 $\mathrmμ$ μ m并在LF-Monopix中进行额外的背面处理以实现总体积耗尽之后，两个芯片都可以运行。在这项工作中的结果包括测量其泄漏电流，噪声，阈值色散，响应最小电离粒子和效率在测试束运动。此外，中子辐照后的测量结果与剂量的$1\times10^{15}\,\mathrm{n_{eq} / cm}^{2}$和其对未来设计的影响进行了讨论。

2019-04-25physics.ins-det

使用 TCT 和 $^{90}\mathrm{Sr}$ 测量 RD50-MPW2 DMAPS 原型的时间分辨率

Measurements of time resolution of the RD50-MPW2 DMAPS prototype using TCT and $^{90}\mathrm{Sr}$

本文使用 TCT 和 $^{90}\mathrm{Sr}$ 测量技术，对 RD50-MPW2 CMOS 像素探测器的时间分辨率进行了深入研究，评估了辐射损伤及像素内位置灵敏度对时间性能的影响。

2024-01-25physics.ins-det

从Hybrid到CMOS像素. LHC的像素未来的可能性？

From Hybrid to CMOS Pixels ... a possibility for LHC's pixel future?

混合像素探测器已经为LHC发明，使跟踪和顶点在LHC的辐射强烈的环境中成为可能。同时，LHC像素探测器非常成功地实现了他们的承诺，计划中的HL-LHC升级的研发工作正在全面展开，目标是更高的电离剂量和非电离通量。在速率和辐射耐受性方面，混合像素是无与伦比的。但它们也有缺点，最明显的是材料厚度，生产复杂性和成本。与此同时，有源像素传感器（DEPFET，MAPS）也已成为真正的像素探测器，但它们远不能承受来自HL-LHC的速率和辐射。新的MAPS开发，所谓的DMAPS（耗尽MAPS），其是在耗尽区域中具有电荷收集的全CMOS像素结构，已经成为高速率/辐射水平下像素的研发焦点。这个目标也许可以利用HV技术、高欧姆衬底和/或基于SOI的技术来实现。本文涵盖了原型研究的主要思想和一些令人鼓舞的结果，而不是隐藏的困难。

2015-09-30physics.ins-det

为ATLAS内部跟踪器升级开发采用150 nm CMOS技术的耗尽单片像素传感器

Development of depleted monolithic pixel sensors in 150 nm CMOS technology for the ATLAS Inner Tracker upgrade

本工作提出了一个耗尽单片有源像素传感器（DMAPS）的原型LFoundry 150 nm CMOS工艺制造。所描述的设备，名为LF-Monopix，被设计为一个完全单片传感器的概念证明，该传感器能够在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的ATLAS内部跟踪器升级的外层环境中运行。与目前使用的混合设计相比，在检测器模块中实现这样的设备将导致更低的生产成本和更低的材料预算。在本文中，芯片架构将被描述其次是模拟和测量结果。

2017-11-15hep-exphysics.ins-det

具有小收集电极的CMOS像素传感器的模拟，改进了更快的电荷收集和增加的辐射耐受性

Simulations of CMOS pixel sensors with a small collection electrode, improved for a faster charge collection and increased radiation tolerance

具有小收集电极的CMOS像素传感器将小传感器电容的优点与完全单片设计的优点相结合。小的传感器电容导致大的信噪比和低模拟功耗，而单片设计减少了材料预算、成本和生产工作。然而，这种传感器的像素角中的低电场导致增加的电荷收集时间，这使得照射后的完全有效的操作和纳秒量级的定时分辨率对于大于大约四十微米的像素尺寸具有挑战性。本文提出了一个小的收集电极，以克服这些限制，使用三维技术计算机辅助设计模拟的CMOS传感器的概念的发展。所研究的设计使用0.18微米的高电阻率外延层上实现的过程。

2019-05-07physics.ins-det

CACTUS：采用CMOS抗辐射技术的耗尽型单片有源定时传感器

CACTUS: A depleted monolithic active timing sensor using a CMOS radiation hard technology

未来几年大型强子对撞机计划增加亮度，这引发了人们对使用粒子到达时间作为专门探测器的额外信息以减轻堆积影响的兴趣。所需的时间分辨率是几十皮秒的顺序，与1毫米的顺序的空间粒度。在这个精度水平的时间测量也将超越大型强子对撞机和超越高能粒子物理的兴趣。我们在本文中提出的第一个发展对辐射硬耗尽单片有源像素传感器（DMAPS），具有高分辨率的时间测量能力。所选择的技术是一种标准的高压CMOS工艺，结合高电阻率探测器材料，该材料已被证明在数百Mrad的辐射后，可以有效地检测跟踪应用中的颗粒。

2020-05-06hep-exphysics.ins-det

质子辐照后ams H35DEMO CMOS探测器的瞬态电流电荷收集特性

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。

2018-07-25physics.ins-det

TowerJazz 180 nm CMOS像素传感器的电荷收集特性（取决于像素几何形状和偏置参数），使用专用测试工具研究：Investigator芯片

Charge collection properties of TowerJazz 180 nm CMOS Pixel Sensors in dependence of pixel geometries and bias parameters, studied using a dedicated test-vehicle: the Investigator chip

本文包含一个汇编的参数影响的电荷收集过程中提取的全面研究的部分耗尽单片有源像素传感器与小（<25 μ m $^2$）收集电极在TowerJazz 180 nm CMOS工艺制造。这些结果为ALICE第二代内跟踪系统芯片ALPIDE中二极管的优化提供了指导，并为今后类似器件的仿真研究提供了参考。研究的参数包括：反向衬底偏压、外延层厚度、电荷收集电极尺寸和电极与周围像素内电子器件的间距。来自28 μ m间距的像素的结果证实，即使在部分耗尽的电路中，电荷收集也可以是快速的（<10 ns），并且量化了参数对信号共享和幅度的影响，突出了阱之间的正确间距和反向衬底偏压的影响的重要性。

2020-09-23physics.ins-det

耐辐射TowerJazz 180 nm MALTA传感器的最新结果

Recent results with radiation-tolerant TowerJazz 180 nm MALTA Sensors

为了实现未来对撞机的物理目标，有必要开发新的，辐射硬硅传感器的跟踪探测器。我们的目标是用耗尽型单片有源像素传感器（DMAPS）替代混合像素探测器，DMAPS是抗辐射的单片CMOS传感器。我们设计、制造和测试了MALTA系列传感器，这些传感器采用180 nm TowerJazz CMOS成像技术。MALTA具有远低于当前混合像素检测器的像素间距、高时间分辨率（< 2 ns）和跨像素几何形状的出色电荷收集效率。这些传感器具有50-300 $μ$ m之间的总硅厚度，这意味着对于利用这种技术的未来探测器来说，材料预算和多重散射率降低。此外，它们的单片设计绕过了混合传感器中昂贵的凸点接合阶段，可以大幅降低检测器成本。本文介绍了MALTA 2传感器的表征研究的最新结果，包括证明这些传感器的辐射耐受性的结果。

2022-09-09hep-exnucl-exphysics.ins-det

辐照耗尽CMOS像素测试结构的电荷收集特性

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。

2018-01-22physics.ins-det

结合TCAD和Monte Carlo方法，使用Allpix平方框架模拟具有小收集电极的CMOS像素传感器

Combining TCAD and Monte Carlo Methods to Simulate CMOS Pixel Sensors with a Small Collection Electrode using the Allpix Squared Framework

将静电场模拟与蒙特卡罗方法相结合，能够对具有强非线性电场的新型单片硅探测器的探测器响应进行真实建模。精确的场描述和包含朗道波动和在传感器中产生次级粒子是理解和再现探测器特性的关键成分。在本文中，CMOS像素传感器与小收集电极的设计，实现在高电阻率外延层，通过集成一个详细的电场模型从有限元TCAD到基于Monte Carlo的模拟与Allpix $^2$框架进行模拟。模拟结果进行了比较，在测试光束测量记录的数据和非常好的协议被发现的各种数量，如集群的大小，空间分辨率和效率。此外，可观察量作为像素内入射位置的函数进行研究，以使数据中观察到的检测器行为的详细比较。这种模拟的验证是建立探测器响应模型和预测未来原型设计性能的基础。此外，从框架的载流子漂移模型提取的可视化图可以帮助理解传感器的不同区域中的电荷传播行为。

2020-02-28physics.ins-det

Mini-MALTA：高亮度LHC小电极单片CMOS传感器的辐射硬像素设计

Mini-MALTA: Radiation hard pixel designs for small-electrode monolithic CMOS sensors for the High Luminosity LHC

耗尽单片有源像素传感器（DMAPS）原型开发的TowerJazz 180 nm CMOS成像过程中已被设计的ATLAS升级第二阶段在HL-LHC的背景下。像素传感器的特征在于小收集电极（3 $μ$ m）以使电容最小化、小像素尺寸（$36.4\times 36.4$ $μ$ m），并且在高电阻率外延p型硅上制造。该设计的目标辐射硬度为$1\times10^{15}$ 1 MeV n $_{eq}$ /cm $^{2}$，与ATLAS ITK Pixel探测器的最外层兼容。本文介绍了从粒子束测试的Mini-MALTA原型，实现了掩模的变化或额外的植入，以解决像素边缘的效率低下的表征结果。结果显示在剂量为$1\times10^{15}$ 1 MeV n $_{eq}$ /cm $^{2}$后完全有效。

2019-12-14hep-exphysics.ins-det

基于直拉硅衬底的MALTA2单片CMOS传感器的辐射硬度

Radiation Hardness of MALTA2 Monolithic CMOS Sensors on Czochralski Substrates

本研究介绍了采用高阻厚直拉硅衬底的MALTA2 DMAPS传感器原型，通过工艺与前端改进实现低功耗等特性，并经CERN SPS试验束验证其在高辐照剂量下的辐射硬度。

2023-08-25hep-exphysics.ins-det

用于带电粒子跟踪的CMOS像素传感器的表征

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。

2021-11-30physics.ins-det

CLICTD技术演示器的试验光束和模拟研究--带小型收集二极管的单片CMOS像素传感器

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。

2021-06-24hep-exphysics.ins-det

单片CMOS像元传感器后向细化的研究及其在像元光束望远镜中的应用

A Study of Monolithic CMOS Pixel Sensors Back-thinning and their Application for a Pixel Beam Telescope

本文报告了详细的研究结果的电荷收集和信号噪声性能的CMOS单片像素传感器之前和之后的背面细化和他们的应用程序中的像素光束望远镜的ALS 1.5 GeV的$e^-$束测试设备。

2006-11-08physics.ins-det

采用四阱技术的单片有源像素传感器（MAPS），可实现接近100%的填充系数和完整的CMOS像素

Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) in a quadruple well technology for nearly 100% fill factor and full CMOS pixels

在本文中，我们提出了一种新的，四阱工艺开发的现代0.18 μ CMOS技术称为INMAPS。在标准工艺的顶部，我们增加了一个深P注入，可以用来形成一个深P阱，并提供从P掺杂外延层屏蔽N阱。这防止了由不相关的N阱（通常是集成PMOS晶体管的N阱）收集辐射感应电荷。设计了一种专门为粒子物理实验量身定制的传感器，其中每个50 μ像素具有超过150个PMOS和NMOS晶体管。该传感器已被制造的INMAPS过程和第一个实验证据的有效性，这个过程中的电荷收集，显示出显着的效率提高。

2008-07-18physics.ins-det

CMOS像素传感器对透射电子显微术中低能电子的响应

CMOS Pixel Sensor Response to Low Energy Electrons in Transmission Electron Microscopy

本文介绍了一种测试CMOS传感器与耐辐射的像素单元设计的80 keV和100 keV的电子的响应的研究结果。对于20微米像素，测量的点扩散函数在100 keV下为（13.0+/- 1.7）微米，在80 keV下为（12.1 +/- 1.6）微米。结果与Geant-4和专用电荷收集模拟预测的值吻合良好。

2009-04-03physics.ins-det

单片小型收集电极技术演示器CLICTD的不同传感器厚度和衬底材料的比较

Comparison of different sensor thicknesses and substrate materials for the monolithic small collection-electrode technology demonstrator CLICTD

小型收集电极单片CMOS传感器得益于高信噪比和小功耗，但是由于基于薄的高电阻率外延层的制造工艺而具有有限的有源传感器体积。在本文中，有源传感器的深度进行了研究，在单片小收集电极技术演示CLICTD。利用带电粒子束研究了垂直入射和倾斜入射时不同厚度器件的电荷收集特性和性能。在CMOS传感器与高电阻率的直拉衬底，敏感量的深度被发现增加了一个因素，与标准的外延材料相比，两个，并导致显着改善命中检测效率和空间和时间分辨率。

2022-08-30physics.ins-det

FASTPIX亚纳秒CMOS像素传感器演示器的测试束性能结果

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。

2023-09-25physics.ins-det

Belle II顶点探测器使用耗尽单片主动像素传感器升级

Upgrade of the Belle II Vertex Detector with Depleted Monolithic CMOS Active Pixel Sensors

Marietta Blau Institute for Particle Physics, Austrian Academy of Sciences（玛丽亚·布劳粒子物理研究所，奥地利科学院）；Department of Engineering and Applied Sciences, University of Bergamo（贝加莫大学工程与应用科学学院）；Department of Electrical, Computer and Biomedical Engineering, University of Pavia（帕维亚大学电气、计算机和生物医学工程系）；Dipartimento di Fisica “E. Fermi”, Università di Pisa（比萨大学“E. 费米”物理系）；INFN Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；Aix Marseille Univ, CNRS IN2P3, CPPM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家核物理与粒子物理研究所，普罗旺斯粒子物理中心）；Laboratoire de Physique des 2 infinis Irène Joliot-Curie – IJCLab, Université Paris-Saclay, CNRS IN2P3（巴黎-萨克雷大学，法国国家科学研究中心，法国国家核物理与粒子物理研究所，伊雷娜·约里奥-居里双无限物理实验室）；Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心，高能物理研究所）；Physikalisches Institut, Rheinische（莱茵（威斯特法伦）联邦工业大学物理学院）

Belle II实验为应对更高的亮度，计划升级顶点探测器，采用耗尽单片主动像素传感器，设计高辐射容忍度和低功耗性能。

2026-08-18physics.ins-det

RD50-MPW4单像素粒子探测器的TPA-TCT分析

TPA-TCT analysis of the RD50-MPW4 monolithic pixel particle detector

Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；CERN（欧洲核子研究组织）；NIKHEF（荷兰国家核子和亚原子物理研究所）；Marietta Blau Institute for Particle Physics of the Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院玛丽埃塔·布劳粒子物理研究所）；Universidad Autónoma de Barcelona（巴塞罗那自治大学）；University of Liverpool（利物浦大学）；University of Bonn（波恩大学）

通过TPA-TCT技术研究RD50-MPW4单像素探测器，实现微米级空间分辨率，测量电场边界、电荷共享及226μm耗尽深度。

2026-08-26physics.ins-det

采用65 nm CMOS成像工艺的MAPS的仿真与性能研究

Simulations and Performance Studies of a MAPS in 65 nm CMOS Imaging Technology

本研究针对65 nm CMOS成像工艺的单片有源像素传感器（MAPS）开展仿真与束流测试，验证了其作为未来轻子对撞机顶点探测器候选方案的潜力，并为仿真方法优化提供依据。

2024-02-22physics.ins-det

CLICTD单片CMOS传感器

The CLICTD Monolithic CMOS Sensor

CLICTD是一种单片硅像素传感器，采用改进的180 nm CMOS成像工艺制造，具有小收集电极设计和高电阻率外延层。它具有创新的亚像素分割方案，并针对快速电荷收集和高空间分辨率进行了优化。该传感器是针对未来紧凑型直线对撞机（CLIC）的跟踪探测器的要求而开发的。最值得注意的是，需要几纳秒的时间分辨率和低于7微米的空间分辨率。在这方面的贡献，在光束测试中测得的传感器性能的重点是最近的研究，使用组件具有不同的厚度（下至50微米，以尽量减少材料预算）和倾斜的粒子轨道。

2020-11-18hep-exphysics.ins-det

点状收集二极管CMOS单片有源像素传感器的漂移场

On drift fields in CMOS Monolithic Active Pixel Sensors with point-like collection diodes

- 作者撤回的论文-用于带电粒子跟踪的CMOS单片有源像素传感器被认为是重离子和粒子物理学中许多实验的技术。为了在对非电离辐射的耐受性方面匹配这些应用的要求，正在尝试耗尽传统上非耗尽的硅传感器的敏感体积。我们研究了这种方法的可行性的常见情况下，收集二极管的像素是小的像素间距相比。介绍了一个预测这种点状结的耗尽层厚度和电容的解析方程。我们发现，这个方程的预测定性不同的平PN结和$dC/dU$ -测量通常的结果是不适合测量二极管的耗尽深度与点状几何形状。该方程的预测进行了比较与CMOS传感器，这是进行了一种新的测量协议的耗尽深度的测量。结果表明，该方程与实测结果吻合较好。通过比较我们的研究结果与TCAD模拟，我们发现，精确的模拟模型匹配的经验发现，而简化模型高估耗尽深度显着。这一发现的一个潜在的解释介绍和CMOS传感器的设计的后果进行了讨论。

2016-10-29hep-exphysics.ins-det

具有无源CMOS传感器的辐照RD53A像素模块的表征

Characterization of irradiated RD53A pixel modules with passive CMOS sensors

我们正在研究使用CMOS代工厂制造硅探测器的可行性，无论是像素和大面积条形传感器。多层布线的可用性将提供优化传感器几何形状和性能的自由度，其中多晶硅层中的偏置结构和MIM电容器允许AC耦合。LFoundry最近采用150 $\,$ nm CMOS工艺完成了条带测试结构和RD 53 A兼容像素传感器的原型生产。本文将集中在辐照和非辐照像素模块，由CMOS无源传感器互连到RD53A芯片的表征。传感器被设计成在DC耦合器件的情况下具有$25\times100\,μ\mathrm{m}^2$的像素单元，并且在AC耦合器件的情况下具有$50\times50\,μ\mathrm{m}^2$的像素单元。他们的性能方面的电荷收集，位置分辨率和命中效率进行了研究，在实验室中进行的测量和束流测试。对带有LFoundry硅传感器的RD 53 A模块进行辐照，辐照通量高达$1.0\times10^{16}\,\frac{\mathrm{n}_\mathrm{eq}}{\mathrm{cm}^2}$。

2022-03-21physics.ins-det

CLICTD技术演示器的测试束特性-一种小型收集电极高电阻率CMOS像素传感器，可同时测量时间和能量

Test-beam characterisation of the CLICTD technology demonstrator - a small collection electrode High-Resistivity CMOS pixel sensor with simultaneous time and energy measurement

CLIC跟踪器检测器（CLICTD）是单片像素传感器。它是在一个180纳米CMOS成像过程中制造的，修改了一个额外的深低剂量的n型注入，以获得全面的横向耗尽。该传感器采用小型收集二极管，这对于实现低输入电容至关重要。CLICTD传感器是作为紧凑型直线对撞机（CLIC）跟踪探测器研究的技术演示器而设计的。它的设计特点是广泛的兴趣超出CLIC，为HL-LHC跟踪探测器升级。它有两种不同的像素风格：一种是连续的深n型注入，另一种是分段的n型注入，以确保快速收集电荷。像素矩阵由测量$300 \times 30$微米的$16\times128$检测通道组成。每个检测通道被分割成八个子像素，以减少数字电路的数量，同时保持小的收集电极间距。本文介绍了CLICTD传感器在粒子束中的特性测试结果。通过同时使用超过阈值的时间和到达时间测量功能，详细比较不同的像素味道。最值得注意的是，测量到低至$(5.8 \pm 0.1)$ ns的时间分辨率和低至$(4.6 \pm 0.2)$微米的空间分辨率。命中检测效率被发现是远高于99.7%的阈值的顺序为几百个电子。

2021-02-08hep-exphysics.ins-det

用于带电粒子跟踪的CMOS像素传感器的抗辐射性研究

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。

2022-02-23hep-exphysics.ins-det

CMOS有源像素传感器模拟前端和时间游走特性

Characterisation of analogue front end and time walk in CMOS active pixel sensor

在这项工作中，我们研究了一种方法，以确定在有源硅像素传感器原型使用边缘TCT与红外激光电荷注入的时间走。在中子辐照至5e 14 neq/cm 2之前和之后研究样品。阈值，噪声和校准的模拟前端确定与外部电荷注入。用Edge-TCT对收集的电荷和时间游走进行了空间敏感的测量，显示了像素中心的均匀电荷收集和输出延迟。在像素边缘上，由于有限的束宽导致较小的信号和较大的输出延迟，观察到电荷共享。在高于噪声水平的阈值下，对于2000个电子以上的电荷，观察到低于25 ns的时间步行。利用外部电荷注入的时间行走测量产生相同的结果。

2021-11-23physics.ins-det

CLICTD：用于CLIC硅跟踪仪的单片HR-CMOS传感器芯片

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。

2020-04-06hep-exphysics.ins-det

为CEPC顶点检测器开发的第一个原型CMOS像素传感器的表征

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。

2019-01-29hep-exphysics.ins-det

耗尽CMOS像素探测器原型的中子辐照试验

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。

2017-01-18physics.ins-det

无源CMOS条形传感器的表征

Characterization of Passive CMOS Strip Sensors

CMOS成像传感器技术（例如，CMOS像素传感器）的最新进展已经证明，CMOS工艺具有足够的辐射耐受性，以应对强子对撞机实验中跟踪层所需的某些辐射水平。随着硅跟踪探测器覆盖面积的不断增加，需要对当前硅传感器的成本有效的替代方案和更集成的设计。本文介绍了从实验室测量的硅条传感器在被动的p-CMOS工艺。用90 Sr源和具有红外波长的激光器进行的电特性和电荷收集测量表明，缝合过程对传感器的性能没有影响。

2022-04-01hep-exphysics.ins-det

使用分立运算放大器和CMOS晶体管演示Q-Pix前端

Demonstrating the Q-Pix front-end using discrete OpAmp and CMOS transistors

本文用商用运算放大器和CMOS晶体管演示了Q-Pix前端架构，验证其基于最小作用原理的电荷积分/复位读出方案，并指出与Sigma-Delta调制器的相似性，为大规模LArTPC探测器读出设计提供指导。

2023-11-16hep-exphysics.ins-det

在厚膜HV-SOI工艺中构建的辐照像素传感器中的电荷收集特性

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。

2017-10-26physics.ins-det

模拟单片有源像素传感器：一种使用通用掺杂分布的技术无关方法

Simulating Monolithic Active Pixel Sensors: A Technology-Independent Approach Using Generic Doping Profiles

本文提出一种技术无关的CMOS像素传感器模拟方法，结合TCAD通用掺杂分布电场模拟与Allpix Squared蒙特卡罗框架，无需专有工艺信息即可优化传感器设计，并通过测试束数据验证偏差不超过4%。

2024-07-31physics.ins-det

RD50-MPW4：一种用于未来对撞机的抗辐射高压CMOS传感器

The RD50-MPW4: A Radiation Hard HV CMOS Sensor for Future Colliders

Nikhef National Institute for Subatomic Physics（荷兰国家亚原子物理研究所）；MBI - Marietta Blau Institute for Particle Physics of the Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院玛丽埃塔·布劳粒子物理研究所）；Institute for High Energy Physics (IFAE), Autonomous University of Barcelona (UAB)（巴塞罗那自治大学高能物理研究所）；Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-UV.（西班牙高等科学研究理事会-瓦伦西亚大学核物理研究所）；Dept. of Electronic Engineering, School of Engineering at University of Sevilla（塞维利亚大学工程学院电子工程系）；Department of Physics, University of Liverpool（利物浦大学物理系）；Physikalisches Institut, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universitaet Bonn（波恩大学物理研究所）

该研究开发用于未来对撞机的抗辐射高压CMOS传感器RD50-MPW4，采用150nm CMOS工艺，有新架构和偏置方案。未辐照样本测试有高指标，辐照样本也有超99%效率，还给出电荷收集效率3D图，展示其特性。

2026-07-22physics.ins-det

采用65 nm CMOS成像工艺实现的片内运算放大器模拟像素测试结构的时间性能

Time performance of Analog Pixel Test Structures with in-chip operational amplifier implemented in 65 nm CMOS imaging process

面向ALICE ITS3升级，研究表征TPSCo 65 nm CMOS APTS-OA像素原型，最佳变体达到63 ps时间分辨率、99%以上探测效率和2 μm空间分辨率。

2024-10-30physics.ins-det

具有RD53A像素模块的无源CMOS传感器的表征

Characterization of passive CMOS sensors with RD53A pixel modules

目前升级到基于加速器的HEP探测器（例如ATLAS，CMS）以及未来的项目（例如CEPC，FCC）都具有大面积硅基跟踪探测器。我们正在研究使用CMOS代工厂制造硅辐射探测器的可行性，无论是像素和大面积条形传感器。成功的概念验证将为HEP社区打开CMOS代工厂的市场潜力，这在可用性、吞吐量和成本方面将是最有利的。此外，多层信号路由的可用性将提供优化传感器几何形状和性能的自由度，其中在多晶硅层和MIM电容器中实现的偏置结构允许AC耦合。LFoundry最近采用150 nm CMOS工艺完成了条带测试结构和RD53A兼容像素传感器的原型生产。本报告将重点介绍像素模块的特性，研究在电荷收集，位置分辨率和命中效率方面的性能，并在实验室和束流测试中进行测量。我们将报告对具有25 × 100 μ ^2单元几何形状的RD53A模块的研究。

2021-11-15hep-exphysics.ins-det

进一步 characterization of the JadePix-3 CMOS 像素传感器用于 CEPC 顶点探测器：衬底反向偏压的依赖性

Further Characterization of the JadePix-3 CMOS Pixel Sensor for the CEPC Vertex Detector: in Dependence of Substrate Reverse Bias

JadePix-3 CMOS 像素传感器在衬底反向偏压下表现出改进的电荷收集效率和降低的假击中率，适用于 CEPC 顶点探测器的高精度粒子跟踪。

2025-11-07hep-exphysics.ins-det

H2M单片CMOS传感器的特性分析

Characterization of the H2M Monolithic CMOS Sensor

CERN（欧洲核子研究组织）；Brookhaven National Laboratory (BNL)（布鲁克海文国家实验室）

H2M单片CMOS传感器通过改进工艺和设计，实现了高检测效率和低噪声性能，适用于高精度粒子探测应用。

2026-01-16physics.ins-det

一种采用8英寸CMOS兼容工艺的新型3D沟槽传感器的设计、制备与初步测试

Design, fabrication and initial test of a novel 3D-Trench sensor utilizing 8-inch CMOS compatible technology

本文设计并制备了一种采用8英寸CMOS兼容工艺的新型3D沟槽传感器，实现了0.5 μm超窄刻蚀宽度和超过70的深宽比，并展示了辐照前的电学、电荷收集与时间性能初步结果。

2025-05-09hep-exphysics.ins-det

PIXEL 2010 -简历

PIXEL 2010 - a Resume

Pixel 2010会议的重点是用于粒子跟踪/顶点以及成像的半导体像素探测器，特别是用于同步加速器光源和XFEL。大型LHC混合像素探测器已经开始展示它们的能力。X射线成像探测器，也使用混合像素技术，极大地推进了衍射实验的实验可能性。像CMOS有源像素和DEPFET像素这样的单片或半单片器件现在已经达到了这样的状态，即用于RHIC和superKEKB的完整顶点检测器正在使用这些技术构建。最后，全单片有源像素探测器的新进展，包括全CMOS电子器件与有效的信号电荷收集相结合，利用标准CMOS技术，SOI和/或3D集成，显示了未来的道路。这份简历试图摘录在这次会议上提出的结果和发展的主要陈述。

2010-12-16hep-exphysics.ins-det

MiniCACTUS：一种 65 ps 时间分辨率的耗尽型单片 CMOS 传感器

MiniCACTUS: A 65 ps Time Resolution Depleted Monolithic CMOS Sensor

MiniCACTUS是一种基于150 nm CMOS工艺设计的耗尽型单片传感器原型，旨在用于未来高能物理实验的大规模定时探测器。该传感器通过优化保护环实现高压偏置和快速电荷收集，并在CERN SPS测试束实验中利用片上前端和判别器测量到65.3 ps的时间分辨率。

2023-09-15physics.ins-det

用于HEP应用的AMS H35 HV-CMOS单片有源像素传感器原型的特性

Characterisation of AMS H35 HV-CMOS monolithic active pixel sensor prototypes for HEP applications

采用高压CMOS（HV-CMOS）技术生产的单片有源像素传感器由于易于生产和降低成本而被考虑用于高能物理应用。当涉及大面积覆盖和材料预算时，这种技术特别有吸引力。这是HL-LHC未来ATLAS跟踪探测器的最外层像素层的情况。对于强子对撞机的实验，辐射硬度是一个关键的要求，这是不符合标准的CMOS传感器设计，收集电荷的扩散。这个问题已经通过耗尽型有源像素传感器来解决，其中电子器件被嵌入到大的深注入中，确保通过漂移进行均匀的电荷收集。混合耗尽有源像素传感器的第一个小型原型已经显示出与ATLAS要求兼容的辐射硬度。然而，为了与当前的混合解决方案竞争，期望通过完全单片设计可实现的成本的进一步降低。H35 DEMO是一款采用AMS 350 nm HV-CMOS技术生产的大电极全掩模演示芯片，由卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）、高等能源研究所（IFAE）、利物浦大学和日内瓦大学合作生产。它包括两个大的单片像素矩阵，可以独立操作。这两个矩阵之一已被表征在束流测试之前和之后的质子和中子照射。结果表明，在HV-CMOS工艺生产抗辐射的大面积全单片像素传感器的可行性。用中子辐照的衬底电阻率为200 $Ω$ cm的H35 DEMO芯片显示出高达$10^{15}$ n $_{eq}$ cm $^{-2}$的能量密度的辐射硬度，命中效率约为99%，并且在150 V下，在25 ns的LHC聚束穿越中，噪声占用低于…

2019-01-30hep-exphysics.ins-det

利用智能手机和树莓派设备中嵌入的CMOS传感器开发宇宙射线探测器

Development of a cosmic ray detector using CMOS sensors embedded in smartphones and Raspberry Pi devices

Research Institute for Engineering, Kanagawa University（神奈川大学工学研究科）；Faculty of Engineering, Kanagawa University（神奈川大学工学部）；College of Industrial Technology, Nihon University（日本大学生产工学部）

提出SORAMAME应用，利用智能手机内置CMOS传感器作为粒子探测器，实现实时记录与可视化，降低观测门槛，并通过飞行验证和树莓派测量证实粒子通量随海拔和纬度的变化与地磁屏蔽一致。

2026-07-03astro-ph.IMphysics.ins-det

在65 nm CMOS成像工艺中实现的模拟单片有源像素传感器测试结构的表征

Characterisation of analogue Monolithic Active Pixel Sensor test structures implemented in a 65 nm CMOS imaging process

该研究表征了65 nm CMOS工艺制造的模拟单片有源像素传感器测试结构，通过多种变体及辐照测试验证了其用于高能物理粒子探测的可行性，并为未来优化提供参考。

2024-03-13physics.ins-det

MiniCACTUS-v2测试结果：一种 depleted monolithic CMOS时序传感器原型

Test-beam results from MiniCACTUS-v2: A depleted monolithic CMOS timing sensor prototype

Institute for High Energy Physiscs (IFAE) Campus Autonomous University of Barcelona (UAB)（巴塞罗那自治大学高能物理研究所）；Autonomous University of Barcelona (UAB)（巴塞罗那自治大学）；Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA)（加泰罗尼亚研究与高级研究学院）；University of Liverpool（利物浦大学）

MiniCACTUS-v2原型在测试束实验中实现了0.5毫米×0.5毫米像素48.88皮秒的时间分辨率，展示了高精度的单粒子时间标记能力。

2026-02-23hep-exphysics.ins-det