Silicon Sensors for Future Particle Trackers
目前正在规划若干未来的高能物理设施。拟议中的项目包括高能$e^+ e^-$圆形和线性对撞机、强子对撞机和μ子对撞机，而电子离子对撞机（EIC）已经被批准在布鲁克海文国家实验室建造。每项建议在准备程度、成本、时间表和物理范围方面都有其优缺点，每项建议都需要设计和生产特定的新探测器。本文首先介绍了在各种新设施的未来硅跟踪系统所需的性能，然后它说明了实现这种硅跟踪器的几种可能性。未来设施所带来的挑战需要一个新的硅探测器系列，其中利用碰撞电离、辐射损伤饱和、电荷共享和模拟读出等功能来满足这些新的需求。
2020-03-31 hep-ex physics.ins-det
Performance studies of a pixel tracker in the Silicon Detector (SiD) concept for a future linear collider
使用SiD探测器的模拟框架来研究Higgs -> mumu衰变通道，表明可以通过提高带电粒子动量分辨率来实现信号显著性的显著增益。然而，对Z-> mumu衰减通道的更详细的模拟表明，通过增加跟踪器粒度无法实现分辨率的显着提高。相反，使用寿命较长的粒子对缺失/死顶点层进行的探测器稳定性研究显示了轨道分辨率的增加。现有的9.15 cm x 25 μm硅条几何形状被100 x 100微米硅像素取代，将次级顶点分辨率提高了100倍。通过使用密集射流对高度准直事件进行的研究表明，动量分辨率可以提高2倍，大大提高了信号的重要性，但需要将像素大小减小到25微米。将跟踪器粒度从9.15 cm条带升级到微米尺寸的像素需要增加传感器通道的数量和复杂性，但在大多数线性对撞机物理学中仅提供小的改进。
2011-04-23 hep-ex 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
A Study of Muon Collider Background Rejection Criteria in Silicon Vertex and Tracker Detectors
本文介绍了硅顶点探测器和跟踪探测器对μ子对撞机束流背景的碰撞响应和减少碰撞技术的研究结果。使用MARS 15程序模拟了由750 GeV/c m+和m-束的衰变引起的背景，该程序包括探测器附近的束线元件的基础设施和屏蔽探测器免受该背景影响的10度喷嘴。ILCRoot框架和Geant 4程序用于模拟硅顶点和跟踪器探测器对屏蔽喷嘴后剩余的μ子衰变背景的命中响应。背景命中减少技术包括双层几何结构中的定时、能量沉积和命中位置相关。
2018-06-29 physics.ins-det
Large Area Silicon Tracking: New Perspectives
ATLAS和CMS的大面积硅跟踪器在LHC的成功运行，以及这些跟踪系统在不同阶段的持续研发升级，在这十年中，充分证明了这项技术及其仍然令人印象深刻的潜力。线性对撞机项目正在等待可能在2012年底在LHC发现轻希格斯粒子。这些事实为线性对撞机硅跟踪的研发打开了一个新的阶段，与LHC，天体物理学和其他HEP实验增强了协同作用，从而带来了新的视角和替代方案。
2012-03-04 hep-ex physics.ins-det
Silicon Drift Detectors spectroscopic response during the SIDDHARTA-2 Kaonic Helium run at the DAΦNE collider
SIDDHARTA 2合作组在FISICA NATIOTO NAZIONALE DI FISICA NATIONALI DI FRASCATI的DAΦNE对撞机上研制了大面积硅漂移探测器（SDDs）系统，用于高精度的轻K介子原子X射线光谱学。SDDs的几何结构和电场结构，以及它们的读出电路，使得这些器件适合于在DAΦNE对撞机的高本底下进行高精度的轻K介子原子光谱测量。本文介绍了SIDDHARTA-2在进行第一次氦原子实验期间SDDs系统的光谱响应，这是进行氦原子实验的前期工作
2021-11-02 physics.ins-det
Silicon Vertex & Tracking Detectors for the Compact Linear Collider
CLIC是一个拟议中的线性$e^+e^-$对撞机，质心能量高达3 TeV。它的主要目标是精确的顶夸克，希格斯玻色子和超越标准模型物理。除了几微米的空间分辨率和非常低的材料预算外，顶点和跟踪探测器还需要具有几纳秒精度的计时能力，以抑制光束诱导的背景粒子。不同的技术，使用混合硅探测器的顶点探测器，如专用的65 nm读出ASIC，小间距传感器以及使用各向异性导电膜的键合进行了探索。单片传感器是当前跟踪探测器的选择，使用180 nm高电阻率CMOS工艺的原型已经设计和生产，目前正在评估中。不同的设计，使用绝缘体上的硅工艺正在调查的顶点和跟踪探测器。所有原型都在实验室和束流测试中进行了测试，并使用新开发的Geant 4和TCAD相结合的模拟工具来评估和优化其性能。本文概述了CLIC顶点和跟踪探测器的研发计划，突出了原型的新成果。
2020-02-24 physics.ins-det
Interactions of hadrons in the CALICE silicon tungsten electromagnetic calorimeter
CALICE合作开发了用于未来线性电子正电子对撞机探测器的高颗粒量热计原型。在粒子束中测试了高度颗粒化的电磁量能器原型。我们提出了在这个原型强子的相互作用的研究。
2012-03-07 hep-ex physics.ins-det
SiD Letter of Intent
描述SiD（硅探测器）的意向书，供国际直线对撞机IDAG小组审议。这种探测器的概念是建立在使用硅探测器的顶点，跟踪和电磁量热法。该探测器作为500 GeV电子-正电子直线对撞机的通用探测器进行了成本优化。
2009-10-30 hep-ex physics.ins-det
Silicon Detectors for the Large Prototype TPC test setup at DESY
线性对撞机TPC合作建造了一个大型原型TPC（LPTPC），现在安装在DESY的Eudet设施中。SiLC合作（线性对撞机的硅）将在LPTPC的场笼外安装位置敏感的硅条传感器，以提供精确的跟踪信息。数据采集系统（DAQ）是一个适应CMS读出系统。硅模块经过测试并准备安装，机械模块支持和DAQ系统正在准备中。
2009-02-19 physics.ins-det
Overview of the SiLC R&D Activities
SiLC（Silicon tracking for Linear Collider）是一个基于通用研发的项目，旨在为线性对撞机实验开发下一代大型硅跟踪系统;它服务于所有三个ILC探测器概念。有一个强大的参与ILD，一个自然的合作与SiD和最近的第四个概念的兴趣，使用硅跟踪技术以及。下面是关于传感器、前端电子、机械和集成问题、测试台架和测试梁结果的最新结果的非常简要的总结，以及从那里开始的方向。
2009-03-25 hep-ex physics.ins-det
A fast method for particle tracking and triggering using small-radius silicon detectors
我们提出了一种算法，部署在一个高度并行化的图形计算架构，在大型强子对撞机和未来的对撞机的高能碰撞带电粒子轨迹进行快速重建。我们使用软件仿真表明，该算法可以达到超过99.95%的重建效率与良好的精度。该算法可以使用现场可编程门阵列技术在硅基集成电路上实现。我们的方法可以快速触发大质量带电粒子，这些粒子在跟踪体积中不可见地衰减，就像在一些与颗粒暗物质相关的新物理场景中一样。如果产生的暗物质或其他新的中性粒子介导的亚稳态带电粒子，是不与其他可吸收的能量沉积在探测器，我们的方法将是有用的触发带电介质使用小半径硅探测器。
2020-01-21 hep-ex physics.ins-det
Latest developments on the highly granular Silicon-Tungsten Electromagnetic Calorimeter technological prototype for the International Large Detector
未来对撞机的高精度物理学需要前所未有的高颗粒量热计用于粒子流（PF）算法的应用。概念的物理证明在CALICE合作范围内的前一个活动中给出了对原型的梁测试。我们在这里介绍了最新的光束和实验室测试结果以及硅钨电磁量能器技术原型的研发进展，该技术原型具有完全嵌入式非常前端（VFE）电子设备，用于国际直线对撞机项目的国际大型探测器。
2018-01-31 physics.ins-det
A new 130nm F.E readout chip for microstrip detectors
在线性对撞机（SiLC）研发合作的硅跟踪背景下，采用130 nm CMOS技术设计了一种高度紧凑的混合信号芯片，旨在读取未来国际线性对撞机实验中的硅条探测器。该芯片包括一个完整的模拟信号处理链和模数转换与相应的数字控制和读出通道的88个通道。芯片为5x 10 mm 2，其中模拟实现占总硅面积的4/5。
2009-03-26 hep-ex physics.ins-det
A Silicon Strip Detector for the Phase II High Luminosity Upgrade of the ATLAS Detector at the Large Hadron Collider
本论文介绍了在2023年后的未来条带跟踪器中的ATLAS第二阶段升级电子系统的测试中进行的工作，该系统将安装用于HL-LHC期间的操作。在HL-LHC启动后，每次穿越的高亮度和相互作用的数量需要完全更换ATLAS跟踪器。为第二阶段升级定义的系统将设计为应对增加的辐射，并具有适当的粒度以保持较高堆积的性能。在这篇论文中，我提出了单一的模块和更大的结构，包括多个模块的结果。在当前ATLAS半导体跟踪器研究的背景下，我对探测器从2010年开始运行到2013年第一次长期关闭期间采集的数据进行了分析。分析包括半导体跟踪器中的能量损失研究，这是探测器未设计执行的任务。然而，由穿过检测器元件的粒子生成的信号的超过阈值的时间的可用性允许对由粒子沉积的电荷的估计。这种能量损失的计算通常用于执行粒子识别，这是跟踪器通常不需要的功能。此外，我提出了一项研究，提出了使用这种能量损失计算作为一种手段，跟踪辐射损伤的硅。
2017-07-26 hep-ex physics.ins-det
SiW ECAL for future $e^+e^-$ collider
带有硅探测器的量热计具有许多独特的功能，并被提议用于几个世界领先的实验。我们讨论的前三个18 × 18厘米$^2$层分割成1024像素的硅钨电磁量能器的技术原型为未来的$e^+e^-$对撞机的测试。测试于2015年11月在CERN SPS束线上进行。
2017-06-20 hep-ex physics.ins-det
Timing Challenges in Transmission Silicon Detectors for Light Ions
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Grand Accélérateur National d’Ions Lourds（法国国家大型重离子加速器）；Université de Caen-Normandie（卡昂-诺曼底大学）
本研究针对透射硅探测器在轻离子探测中的定时挑战，探讨粒子能量和探测器非均匀性对信号上升时间的影响，以改善飞行时间测量精度。
2026-10-08 nucl-ex physics.ins-det
The performance of a double sided silicon strip detector as a transmission detector for heavy ions
报道了用于重离子位置和能量探测的双面硅条探测器（DSSSD）的性能。分析表明，不完全的电荷收集（ICC）和电荷共享（CS）效应的DSSSD引起的能量分辨率的损失，但位置信息的记录没有歧义。ICC/CS事件的能谱中的代表示出和它们的起源证实了从结侧和欧姆侧的DSSSD的光谱的相关分析。
2013-07-16 nucl-ex physics.ins-det
Using precision timing to improve particle tracking
硅跟踪探测器提供出色的空间分辨率，因此即使在紧凑的探测器中，也可以为高能带电粒子提供出色的动量分辨率。然而，在较低的动量，在硅中的多重散射降低的动量分辨率。我们提出了一种替代方法来测量动量和减轻这种退化，使用硅探测器，也将定时测量。通过使用两个硅层之间的定时信息，可以求解曲率半径，从而求解粒子动量，而与硅内的多次散射无关。我们考虑三个例子：一个电子离子对撞机的全硅中央跟踪器，一个简化版的CMS探测器，以及一个电子离子对撞机的前向探测器。对于1.5 T磁场中直径为75 cm的跟踪器，定时可以改善动量低于500 MeV/c的粒子的动量确定。在3.8 T CMS磁场和1.2 m半径的跟踪器中，定时可以改善跟踪高达1.3 GeV/c的动量。分辨率在中速时最佳。我们还讨论了一个更简单的系统，包括一个单一的定时检测器外的全硅跟踪器。
2020-03-23 nucl-ex physics.ins-det
Optimizing the Performance of a High-Granularity Silicon-Pad EM Calorimeter
硅基细粒度量热计是未来国际直线对撞机ILC、未来环形对撞机CEPC的潜在技术，也是大型强子对撞机升级CMS实验的首选技术。有源硅传感垫用作MIP计数器，热量计的标准校准使用基于平均能量损失$dEdx$的权重。在这项工作中，dEdx校准方法在能量线性，规模和分辨率方面的局限性进行了探讨。在与CMS计划的被动层厚度不同的量热计的情况下，$dEdx$方法导致分辨率函数中的显著常数项和能量响应的非线性。出于这些原因，一种方法的基础上的热量计采样分数，利用每事件测量的淋浴深度，并显示提供优越的绝对能量尺度，线性度和分辨率。量热设计，其中淋浴器的背面采样较少，提供降低成本而不损失性能。因此，这里提出的适当校准对于获得最具成本效益和性能效益的硅取样量热计设计至关重要。
2017-06-21 physics.ins-det
Time resolution analysis of detectors based on plastic scintillators coupled to silicon photomultipliers
研究了几种基于硅光电倍增器读出的塑料闪烁器的触发计数器在宇宙射线下的性能。使用数字波形分析测量效率和时间分辨率。所得结果与NICA重离子对撞机多用途探测器（MPD）触发子系统和核加速器（BM@N）重子物质有关。结果表明，计数器具有很高的效率和良好的定时性能。
2019-12-10 hep-ex physics.ins-det
Observation of electron excitation into silicon conduction band by slow-ion surface neutralization
将裸反向偏置硅光电二极管暴露于3eV的He+、Ne+、Ar+、N2+、N+和H2O+离子。在所有情况下，观察到通过二极管的反向电流增加。这种效果及其依赖于入射离子的电离能和其他因素定性解释俄歇型表面中和理论的框架。放大的离子感生电荷，观察到与雪崩光电二极管在高的外加偏压。观察到的效应可以被认为是离子诱导的内电位电子发射到硅的导带。据我们所知，以前没有报道过这种效果的实验证据。讨论了可能的应用。
2016-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
SiLC simulation status report
SiLC -线性对撞机的硅-合作旨在开发用于国际线性对撞机实验跟踪的硅探测器技术。研究与发展方案涉及在模拟探测器设计响应方面的大量工作。在这方面的贡献，概述了在这一领域正在进行的努力。
2008-01-29 physics.ins-det
Monte Carlo study of a luminosity detector for the International Linear Collider
本文介绍了对未来e+e-国际直线对撞机（ILC）所考虑的一个光度探测器的蒙特卡罗模拟的情况。该探测器由一个钨/硅夹层量能器与垫读出。假设光束的交叉角为零，对Bhabha散射事件进行了研究。
2005-08-11 hep-ex physics.ins-det
Ionization Yield in Silicon for eV-Scale Electron-Recoil Processes
单电荷分辨宏观硅探测器的发展为O（eV）尺度的罕见过程打开了一扇窗。为了重建给定事件的能量，或者对针对由检测器中的电子吸收的给定量的能量而获得的电荷信号进行建模，需要精确的电荷产额模型。在本文中，我们回顾现有的测量硅中的电荷产额，特别是在低于1千电子伏的区域。我们突出了12-50 eV之间的校准间隙（称为“UV间隙”），并采用碰撞电离的唯象模型来探索在这种能量状态下可能的电荷产率。最后，我们探讨了这个模型的变化对测试用例的影响，即暗物质散射电子，以说明电荷产率的不确定性的科学影响。
2020-04-24 astro-ph.IM hep-ex physics.data-an
Measurement of the ionization produced by sub-keV silicon nuclear recoils in a CCD dark matter detector
本文报道了用电荷耦合器件（CCD）测量硅原子核在体硅中以亚keV动能反冲的电离效率。核反冲是由来自$^{124}$ Sb-$^{9}$ Be光中子源的低能中子（$<$ 24 keV）产生的，并且它们的电离信号被测量为低至60 eV电子当量。这个能量范围，以前未被探索过，与低质量暗物质粒子的探测有关。测量的效率被发现偏离外推到低能量的Lindhard模型。这一测量也证明了位于SNOLAB地下实验室的暗物质直接探测实验DAMIC所采用的CCD对核反冲的敏感性。
2016-11-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
Charge reconstruction study of the DAMPE Silicon-Tungsten Tracker with ion beams
暗物质粒子探测器（DAMPE）是中国科学院空间科学战略先导研究计划的四颗卫星之一。DAMPE可以探测到电子，光子在很宽的能量范围（5 GeV至10 TeV）和离子高达铁（100 GeV至100 TeV）。硅钨示踪器（STK）是DAMPE中的四个子探测器之一，提供光子-电子转换、离子径迹重建和电荷识别。用60 GeV/u铅原束在CERN进行了离子束实验。研究了STK探测器的电荷重构和电荷分辨。
2017-05-27 astro-ph.IM 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
Performance of the First 150 mm Diameter Cryogenic Silicon Ionization Detectors with Contact-Free Electrodes
在100 mK以下的温度下工作的低温半导体探测器通常用于寻找暗物质的粒子物理实验。最大的这种锗和硅探测器，直径为100毫米，厚度为33毫米，计划用于加拿大SNOLAB的超级低温暗物质搜索（SuperCDMS）实验。为了扩大未来实验的敏感质量，正在研究更大的单个探测器。我们在这里提出的第一个测试结果的两个原型150毫米直径的硅离子化探测器。探测器的厚度分别为25毫米和33毫米，质量分别是目前计划用于超级CDMS的探测器的1.7倍和2.2倍。这些器件与无接触偏置电极一起工作，以使目前限制在高偏置电压下工作的漏电流最小化。一个检测器的仪器读出电离信号，使用一个单一的无接触读出电极和其他电极阵列上的晶体表面图案。结果表明，使用大体积硅探测器和无接触电极安排按比例增加固态低温探测器的质量和偏置电压的承诺。
2018-08-20 physics.ins-det
A new approach to achieving high granularity for silicon diode detectors with impact ionization gain
低增益雪崩二极管（LGAD）是薄（20-50 $μm$）硅二极管传感器，具有适度的内部增益（通常为5至50）和出色的时间分辨率（17 $ps$至50 $ps$）。然而，由于需要在读出焊盘的边界处包括保护结构以避免由于大的局部电场而导致的过早击穿，因此这种器件的粒度限于毫米级。在本文中，我们提出了一种新的方法-深结LGAD（DJ-LGAD）-从读出平面的高场增益区。这种方法预计将可实现的LGAD粒度提高到数十微米级，同时保持分段电极上的直接电荷收集。
2021-01-02 physics.ins-det
Developing a Monolithic Silicon Sensor in a 65 nm CMOS Imaging Technology for Future Lepton Collider Vertex Detectors
本文介绍DESY Tangerine项目开发65 nm单片CMOS有源像素传感器，通过TCAD与蒙特卡罗仿真及测试芯片测量优化设计，以满足未来轻子对撞机顶点探测器对时间和空间分辨率的要求。
2023-03-31 physics.ins-det
Measurement of the effect of Non Ionising Energy Losses on the leakage current of Silicon Drift Detector prototypes for the LOFT satellite
硅漂移探测器是大型X射线定时观测卫星任务（LOFT）上仪器的基础，该任务在欧洲航天局的“宇宙愿景2015 - 2025”长期科学计划中进行了为期三年的评估阶段。硅探测器对带电粒子和中性粒子的非电离能量损失产生的位移损伤特别敏感，导致器件漏电流增加，从而恶化光谱分辨率。在LOFT评估阶段，我们用质子束在Paul Scherrer研究所加速器的质子辐照设施辐照两个硅漂移探测器，并测量了漏电流的增加。在本文中，我们报告的结果，辐射损伤的LOFT科学性能的影响进行了讨论。
2014-06-24 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.ins-det
Near-Surface Electrical Characterisation of Silicon Electronic Devices Using Focused keV Ions
本研究针对硅基量子计算大规模施主阵列的确定性制造需求，利用聚焦离子束系统与低噪声检测电子设备，实现了硅器件近表面电学特性的空间映射及高置信度的确定性离子注入，为无掩模施主阵列原型制备提供了新框架。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Fast Silicon Carbide MOSFET based high-voltage push-pull switch for charge state separation of highly charged ions with a Bradbury-Nielsen Gate
本文研制了一种基于碳化硅MOSFET的推挽式高速高压开关，可切换600V电压、10ns升降时间，用于Bradbury-Nielsen门快速分离高电荷态离子，分辨能力约100。
2023-11-14 physics.atom-ph physics.ins-det
Characterizing the Delivered Spill Structure of Medical Proton and Carbon-Ion Beams at MedAustron using a High Frequency Silicon Carbide Readout
本文提出基于SiC传感器与MMIC的束流探测装置，在MedAustron表征质子和碳离子束的溢出结构，实现了500皮秒单粒子分辨，展示了SiC系统在高通量束流监测中的能力。
2025-09-08 physics.ins-det physics.med-ph
Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap
在本文中，我们提出的设计，建模和实验测试的表面电极离子阱制造的异质结构配置，包括硅衬底，二氧化硅绝缘体，和铝电极。该线性陷阱具有对称RF引线、两个内部DC电极和40个单独的横向DC电极的几何形状。使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）来生长二氧化硅柱以将悬垂铝电极与铝接地平面电分离。除了制造，我们报告的技术建模的控制电压的解决方案和成功的演示捕获和穿梭离子在两个相同构造的陷阱。
2010-11-16 physics.ins-det quant-ph
