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
Ultraviolet photon-counting single-pixel imaging
本文研制基于4H-SiC SPAD的自由运行紧凑型单光子探测器，并结合结构光实现紫外光子计数单像素成像，可在低照度下分辨透明物体并成像紫外光源。
2023-06-29 physics.ins-det physics.optics quant-ph
CLARO-CMOS, a very low power ASIC for fast photon counting with pixellated photodetectors
CMOS是一种专用集成电路（ASIC），设计用于使用像素化光电探测器（如多阳极光电倍增管（Ma-PMT）、微通道板（MCP）和硅光电倍增器（SiPM））进行快速光子计数。第一个原型有四个通道，每个通道都有一个可设置增益的电荷敏感放大器和一个可设置阈值的放大器，为每个通道独立提供快速命中信息。该设计采用成熟、稳定且廉价的0.35 um CMOS工艺实现，在速度和功耗方面具有出色的性能。该原型在低速率下每通道功耗小于1 mW，在事件速率为10 MHz时每通道功耗小于2 mW。对于阈值以上10倍以内的输入信号，每个脉冲后的恢复时间小于25 ns。输入参考RMS噪声约为7.7 ke^-（1.2 fC），输入电容为3.3 pF。由于低噪声和高速度，对于几百万电子的典型光电倍增管信号，测量的时序分辨率低至10 ps RMS，对应于这些探测器的单光子响应。
2012-09-03 physics.ins-det
Detector of alpha particles and x-rays operating in ambient air in pulse counting mode or/and with gas amplification
在环境空气中以电流检测模式工作的电离室被广泛地用于诸如烟雾检测、剂量测定、治疗束监测等的若干应用中。这项工作的目的是调查，如果气体探测器可以在环境空气中的脉冲计数模式，以及与气体放大。.为了研究这种方法的可行性，我们制作了两种类型的开放式气体探测器，并成功地进行了测试。第一种是单线或多线圆柱形几何检测器，其在气体增益为1的脉冲模式下操作。第二种类型的阿尔法探测器是一种创新的GEM类探测器，具有在雪崩模式下以高气体增益（高达10 E4）在空气中工作的电阻电极。给出了这两种探测器之间的详细比较，以及与市售阿尔法探测器的比较。在空气中以脉冲检测模式操作的气体检测器的主要优点是其简单、低成本和高灵敏度。这些新探测器的可能应用之一是阿尔法粒子背景监测器，由于其成本低，不仅可以在房屋中，而且可以在公共区域（机场，火车站等）中找到广泛的应用。
2007-11-08 physics.ins-det
Precision Luminosity of LHC Proton-Proton Collisions at 13 TeV Using Hit-Counting with TPX Pixel Devices
安装在ATLAS洞穴中的Timepix（TPX）设备网络作为一个独立的系统测量LHC光度随时间的变化。这些数据来自2015年13 TeV质子-质子碰撞。使用两个TPX装置，对通过像素矩阵的颗粒产生的命中数进行计数。对LHC束的van der Meer扫描进行了分析，使用不同束流轮廓上的束流积分亮度平均值进行近似绝对光度归一化。结果表明，TPX网络具有精确测量LHC光度降低的能力。在四个传感器（每个TPX设备中有两个传感器）之间进行了比较研究，并确定亮度测量的相对短期精度为0.1%，时间间隔为10 s。在数据采集期间，测量值的内部长期时间稳定性低于0.5%。
2017-02-02 physics.ins-det
A study on the shielding mechanisms of SOI pixel detector
为了解决困扰计数型SOI像素多年的电荷注入问题，在LAPIS工艺中，连续开发了两个芯片CPIXTEG 3和CPIXTEG 3b，采用两种屏蔽机制，嵌套阱和双SOI。TCAD模拟显示屏蔽层的高薄层电阻影响屏蔽效能。在CPIXTEG 3/3b中实现了专门设计用于测量与电荷注入相关的串扰的测试结构。测试结果表明，采用屏蔽层对计数型像素是必不可少的，双SOI结构在屏蔽效果和设计灵活性方面优于嵌套阱结构。
2015-08-17 physics.ins-det
Characterisation of a Thin Fully-Depleted SOI Pixel Sensor with Soft X-ray Radiation
本文介绍了一种背照式像素传感器的特性的结果，在绝缘体上硅技术制造的高电阻率基板与软X射线。传感器被减薄，并且在背板上植入薄的磷光体层接触。在LBNL Advanced Light Source上使用荧光辐射评估对2.12至8.6 keV X射线的响应。
2011-11-09 physics.ins-det
X-ray Imaging Using a Hybrid Photon Counting GaAs Pixel Detector
在室温下研究了混合GaAs像素探测器作为X射线成像传感器的性能。这些混合电路包括300 μ m厚的GaAs像素探测器，倒装芯片键合到CMOS单光子计数芯片（PCC）。该芯片由64 x 64个相同的方形像素（170 μ m x 170 μ m）组成，总面积为1.2 cm**2。每个单元中的电子器件包括一个ADC、一个具有3位阈值调整的ADC和一个15位计数器。该探测器是由一个肖特基二极管的半绝缘LEC-GaAs体材料上处理的阵列。IV-characteristic和检测器偏置电压扫描表明，检测器可以在200 V左右的电压下工作。通过使用用于牙科诊断的标准X射线管拍摄各种对象的图像。还测定了信噪比（SNR）。这些成像系统的应用范围从医疗应用（如数字乳房X射线照相术或牙科X射线诊断）到非破坏性材料测试（NDT）。由于探测器和读出芯片分离，可以研究和比较不同的材料。
1998-12-21 physics.ins-det physics.med-ph
High Dynamic Range X-ray Detector Pixel Architectures Utilizing Charge Removal
几个电荷集成CMOS像素前端利用电荷去除技术已经制造，以扩大动态范围的X射线衍射应用在同步辐射源和X射线自由电子激光（XFEL）。本文描述的像素建立在混合模式像素阵列检测器（MM-PAD）框架上，该框架先前由我们的小组开发以执行高动态范围成像。这些新的像素在最大通量方面比MM-PAD提高了几个数量级，MM-PAD能够测量超过10个$^{8}$ x射线/像素/秒的持续通量，同时保持对较小信号的灵敏度，直到单个x射线。为了扩展动态范围，电荷从前端放大器的积分节点移除而不中断积分。该过程发生的次数由像素中的数字计数器记录。由此，参数限制全阱从积分电容器的大小移动到数字计数器的深度。结果类似于通过对像素阵列探测器进行计数所实现的结果，但是这里所呈现的积分器被设计为容许>10 $^{11}$ x射线/像素/秒的持续通量。像素前端的线性度进行了评估，直流注入和结果。一个小规模的读出ASIC利用这些像素架构已制作和使用这些架构，以增加单X射线脉冲的动态范围在XFEL的简要讨论。
2016-10-28 physics.ins-det
Vacuum-compatible photon-counting hybrid pixel detector for wide-angle X-ray scattering, X-ray diffraction and X-ray reflectometry in the tender X-ray range
真空兼容的光子计数混合像素探测器已安装在超高真空（UHV）反射计的四晶体单色器（FCM）光束线的物理技术联邦（PTB）在电子存储环BESSY II在柏林，德国。该设置基于PILATUS 3 100 K模块。该探测器可用于从1.75到10 keV的光束线处可访问的整个光子能量范围。作为对已经安装的用于小角散射（SAXS）和掠入射SAXS（GISAXS）的真空兼容型PILLENT 1 M探测器的补充，可以获得更大的散射角。水冷模块位于测角仪臂上，可以相对于入射光束定位在-90°至90°之间，距离样品约200 mm。为了进行绝对散射实验的线性，均匀性和量子效率的角度依赖性，包括它们的相对不确定性，进行了研究。此外，在广角X射线散射（WAXS），X射线衍射（XRD）和X射线反射计（XRR）的性能的第一个结果。
2020-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
The study of calibration for the hybrid pixel detector with single photon counting in HEPS-BPIX
本文介绍了为我国高能光子源研制的混合阵列像元探测器（简称HEPS-BPIX）的定标过程。在阈值扫描的基础上，量化了能量与阈值的关系，实现了阈值标定。在阈值调整方面，本文提出了基于LDAC特性的精确阈值调整算法和基于LDAC扫描的快速阈值调整算法，研究了应用于像素的阈值DAC的性能。阈值离散度从无算法的46.28 mV降低到精确算法的6.78 mV，而快速算法的阈值离散度为7.61 mV。在5 ~ 60 ℃温度范围内，精确算法的阈值离散度在5.69 mV左右，而快速算法的阈值离散度为33.21 mV，可重新校正为1.49 mV。测试结果表明，快速算法可以得到适用于硅像素模块的阈值离散度，且所需时间较短;精确算法可以得到较好的阈值离散度，但耗时较长。研究了硅像素模块噪声的温度依赖性，以评估探测器的工作状态。在较低的温度下，最小探测能量可降低约0.83keV.
2020-10-30 eess.IV hep-ex physics.ins-det
Characterization of CdTe Sensors with Schottky Contacts Coupled to Charge-Integrating Pixel Array Detectors for X-Ray Science
像素阵列探测器（PAD）由一个X射线传感器层组成，该传感器层逐个像素地连接到底层读出芯片。这种方法允许传感器和定制像素电子器件独立定制，以最佳地匹配X射线成像要求。在这里，我们提出了表征的CdTe传感器与两种不同的电荷积分读出芯片，凯克PAD和混合模式PAD（MM-PAD），都在我们的实验室以前开发的杂交。这些PAD中的每一个的电荷积分架构将瞬时计数率扩展了许多数量级，超出了光子计数架构所能获得的数量级。Keck PAD芯片由快速、8帧、像素内存储元件组成，帧周期为$<$ 150 ns。第二个检测器，MM-PAD，具有扩展的动态范围，通过利用像素内溢出计数器与电荷去除电路耦合，在每次溢出时激活。这允许记录从单光子水平到数千万X射线/像素/帧的信号，同时以1 kHz成帧。两种检测器芯片均由128个$\times$ 128像素阵列和（150个$μ$ m）$^2$像素组成。
2016-11-28 physics.ins-det
CCCP: A CCD Controller for Counting Photons
介绍了一种用于光子计数的CCD控制器CCCP。这种新的控制器采用了全新的时钟架构，并允许以一种新颖的方式驱动CCD。它的设计针对EMCCD的驱动进行了优化，像素速率高达20 MHz，垂直传输速度快。使用该控制器，在低通量水平和高帧速率下的EMCCD的主要噪声源，时钟感应电荷，被减少到0.001 - 0.0018电子/像素/帧（取决于电子倍增增益），使得有效的光子计数成为可能。CCCP将于2009年通过3D-NTT 1项目部署在ESO NTT上，并通过BTFI项目部署在SOAR上。
2008-07-02 astro-ph physics.ins-det
Development of a multi-pixel hybrid photo-detector with high quantum efficiency and gain
由光电阴极和多像素雪崩二极管（MP-AD）组成的混合光电探测器（HPD）是几年前发展起来的。我们以前的研究表明，其固有的高分辨率光子计数的潜力，可以进一步提高通过减少在MP-AD的入口处的死层中的电荷损失的波动。在本文中，我们报告的改进与新开发的HPD的封装MP-AD有一个比以前更薄的死层。结果表明，新的HPD具有更好的能量分辨率，可以更清晰地计数多达9个光电子。本文还讨论了进一步提高HPD光电阴极灵敏度的问题。
2004-02-26 physics.ins-det
Robust electron counting for direct electron detectors with the Back-Propagation Counting method
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出反向传播计数（BPC）方法，利用无需大型训练数据集的机器学习技术，实现对直接电子探测器在高通量下每个像素多次电子撞击的稳健计数，并在合成与实验数据中验证了其在衍射重建和图像对比度上的优势。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci 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
Characterization of 128x128 MM-PAD-2.1 ASIC: A Fast Framing Hard X-Ray Detector with High Dynamic Range
介绍了一种新的X射线混合模式像素阵列探测器（MM-PAD-2.1）专用集成电路（ASIC）。MM-PAD-2.1 ASIC采用集成像素前端和动态电荷去除架构，将最大可测量X射线信号（以20 keV光子单位计）扩展至> 10个$^{7}$ X射线/像素/帧，同时在整个动态范围内保持低读取噪声，同时以高达10 kHz的帧率连续成像。像素内动态电荷去除机制防止输入放大器饱和，并与信号积分并行进行，以实现入射X射线速率> 10 $^{10}$ x射线/像素/s的无死区测量。ASIC格式包括128个$\times$ 128个正方形像素，每个像素在一侧上为150 $μ$ m，并且被设计为3侧可对接，因此可以有效地平铺大阵列。在这里，我们使用实验室X射线源和康奈尔高能同步加速器源（CHESS）来表征两个单一的ASIC原型探测器，用于低（单一X射线）和高入射通量探测。在第一个检测器中，ASIC被焊料凸点键合到500 $μ$ m厚的Si传感器上，用于有效检测低于~20 keV的X射线，而第二个检测器使用750 $μ$ m厚的CdTe传感器，用于检测高于$\sim$ 20 keV的X射线。
2022-02-16 physics.ins-det
Effect and suppression of parasitic surface damage in neutron irradiated CMOS Monolithic Active Pixel Sensors
CMOS单片有源像素传感器（MAPS）被选为STAR、CBM和升级版ALICE-ITS的顶点探测器的传感器技术。它们也构成了未来电子对撞机跟踪装置的一个有价值的选择。这些应用需要对电离辐射和非电离辐射都具有相当大的耐受性。为了实现辐射耐受性的集中优化，通过使用纯电离辐射（例如软X射线）或可用的最纯非电离辐射源（例如反应堆中子）照射器械来测试原型。在第二种情况下，通常假设在中子束中发现的寄生$γ$射线的影响可以忽略不计。我们通过用$γ$ -射线照射MAPS并将产生的辐射损伤与中子照射传感器中的辐射损伤进行比较来验证这一假设。我们认为，寄生辐射剂量可能会造成不可忽视的辐射损伤。基于这些结果，我们提出了一个程序来识别和抑制相关的寄生电离辐射损伤的影响。
2016-07-26 hep-ex physics.ins-det
Characterization of an architecture for front-end pixel binning in an integrating pixel array detector
区域检测器的优化涉及各种参数之间的折衷，如帧速率、读取噪声、动态范围和像素大小。我们已经实施和测试了一种新的前端合并设计的光子集成混合像素阵列探测器使用MM-PAD-2.0像素架构。在该架构中，可以使用开关网络选择性地将4个传感器像素的输出引导到单个放大器输入，以2 $\times$ 2像素配置对像素进行可选的装仓。这样做允许帧速率和空间分辨率之间的折衷。测试表明，装仓的像素表现良好，但与未装仓的像素相比，性能有所下降。增加的寄生输入电容确实减少了每个X射线收集的信号，并且增加了像素的噪声。然而，噪声的增加小于对于后处理中的分箱将观察到的2倍的增加。跨分箱像素的空间扫描示出了在内部分箱单元边界处没有丢失测量的信号强度。在高通量状态下，在2 $\times$ 2像素宽的束斑（FWHM）尺寸下，分箱模式线性响应高达~10 $^{7}$ x射线/s的光子通量，并且使用未分箱模式执行高达~10 $^{8}$ x射线/s的光子通量的分箱。虽然这项研究证明了集成检测器中前端合并的概念证明，但我们还确定了对该早期原型的更改，这些更改可以进一步提高合并像素结构的性能。
2020-11-05 physics.ins-det
Readout of GEM Detectors Using the Medipix2 CMOS Pixel Chip
我们操作了Medipix 2 CMOS读出芯片，与放大，整形和电荷鉴别前端电子集成在像素级上，作为一个高度分段的直接电荷收集阳极在三级气体电子倍增器（Triple-GEM）检测电离从$^{55}$ Fe X射线和电子从$^{106}$ Ru。该设备允许执行中等能量光谱测量（20%半高宽在5.9 keV $X$ -射线），仅使用数字读出和两个阈值。作为一个真正的2D探测器，它允许观察$Ar/CO_2$（70：30）和$He/CO_2$（70：30）混合物中的最小电离带电粒子的单个簇，并基于二元质心确定方法，实现良好的空间分辨率，用于主簇的位置重建，直到$\sim 50 μm$。
2006-11-23 physics.ins-det
Statistical analysis and correction of the pile-up effect in MAPMT single photoelectron counting with the SPACIROC-3 ASIC: application to the Mini-EUSO experiment
Université Paris Cité, CNRS（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心）
本文提出了一种基于SPACIROC-3 ASIC的MAPMT单光子计数中堆叠效应的统计分析与修正方法，并应用于Mini-EUSO实验以准确恢复真实光子通量。
2025-11-28 astro-ph.IM physics.ins-det
CIX - A Detector for Spectral Enhanced X-ray Imaging by Simultaneous Counting and Integrating
提出了一种基于电荷积分和光子计数概念的混合像素探测器。第二代计数和积分X射线原型CMOS芯片（CIX）已经用不同的直接转换传感器材料（CdZnTe和CdTe）凸块接合到其8 × 8像素矩阵来操作。光子计数装置对于低到中等X射线通量给出优异的结果，但是在高速率下饱和，而电荷积分允许检测非常高的通量，但是在低速率下受到有限的信噪比的限制。因此，两种信号处理概念的组合扩展了X射线检测器的可分辨动态范围。此外，对于计数器和积分器同时操作的动态范围的大区域，可以计算检测到的X射线光谱的平均能量。该光谱信息可用于增强X射线图像的对比度。将审查的计数和积分信号处理的概念和成像系统的性能的优点。系统的动态范围和传感器响应的属性将进行讨论，并与额外的光谱信息成像的例子将被提出。
2008-02-15 physics.ins-det physics.med-ph
Diagnostics for ultrashort X-ray pulses using silicon trackers
激光等离子体产生的X射线光谱是非常重要的，它表征了等离子体中的电子动力学，是应用的基础。然而，现有的激光等离子体基X射线脉冲光谱诊断方法的精度和效率都不高，特别是在几百keV的范围内。本文提出并论证了一种基于电子径迹探测的激光等离子体产生的X射线脉冲光谱测量方法。激光等离子体产生的X射线在多像素硅跟踪器中散射。从探测器的响应中可以提取康普顿电子的能量和散射方向，从而可以重建X射线的光谱。模拟结果表明，对于12 $\rm μ$ m像素间距和500 $\rm μ$ m耗尽区厚度的绝缘体上硅像素探测器，该方法对200 ~ 550 keV X射线的能量分辨率约为20%.还显示了基于Timepix 3探测器的原理验证实验的结果。
2021-09-02 physics.ins-det
Fine residual stress distribution measurement of steel materials by SOI pixel detector with synchrotron X-rays
Institute of Materials Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization（物质结构科学研究所，高能加速器研究机构）；Institute of Human and Social Sciences, Kanazawa University（人文社会科学研究所，金泽大学）；Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa University（自然科学技术研究生院，金泽大学）；Institute of Particle and Nuclear Studies, High Energy Accelerator Research Organization（粒子与核研究研究所，高能加速器研究机构）
本研究基于搭载INTPIX4 SOI像素探测器的$cos α$法残余应力测量系统，利用同步辐射X射线实现钢材残余应力的精细分布测量，验证了其高精度、小采样间距的测量能力，且测量效率远高于传统方法。
2024-05-14 physics.ins-det
Using a 4-megapixel hybrid photon counting detector for fast, lab-based nanoscale x-ray tomography
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本研究利用400万像素混合光电计数探测器实现快速实验室纳米级X射线断层扫描，将成像速度提升800倍，达到75-80nm的空间分辨率。
2026-02-11 physics.ins-det
Second Generation Readout For Large Format Photon Counting Microwave Kinetic Inductance Detectors
我们提出了第二代数字读出系统的光子计数微波动力学电感探测器（MKID）阵列工作在光学和近红外波段的发展。我们的系统保留了第一代系统的大部分核心信号处理架构，但具有更高的带宽，能够读出千像素MKID阵列。每组读出板能够读出1024个MKID像素复用超过2 GHz的带宽;两个这样的单元可以并行放置，读出一个完整的2048像素微波馈线超过4 - 8 GHz的频带。在第一代读出，我们的系统是能够识别，分析和记录光子探测事件的实时时间分辨率的顺序为几微秒。在这里，我们描述了硬件和固件，并提出了系统的噪声特性的分析。我们还提出了一种新的算法，有效地抑制IQ混频器边带低于-30 dBc。
2020-11-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Background Rates in Several Hard X-Ray Photon Counting Pixel Array Detectors
研究了几种像素阵列探测器的背景速率，目的是在非常低的速率实验中（例如，信号速率<0.1/s/cm ^2）将它们用于>6 keV的硬X射线。在SPring-8的实验地面上，使用未屏蔽的0.75 mm厚CdTe传感器的探测器测得的本底事件率从6 keV低能级跃迁（LLD）阈值的0.4/s/cm ^2变化到75 keV LLD阈值的0.2/s/cm ^2。具有1 mm厚硅传感器的探测器的背景较小，对于3 keV阈值为约0.08/s/cm^2，在17 keV阈值下降至约0.07/s/cm^2。这些速率主要由陆地来源决定，例如混凝土中微量杂质发射的伽马射线，直接探测宇宙射线μ子（CRM）的贡献很小，<0.01/s/cm 2。15 mm的Pb屏蔽层将CdTe中的测量速率降低至< 0.05/s/cm 2，并且将1 mm硅中的测量速率降低至<0.02/s/cm^2。额外的处理，“时间切片”，如可以在低速率实验中使用的，其中背景可能是最有问题的，被示出为进一步降低背景速率，对于硅传感器降低到< 0.004/s/cm ^2，对于CdTe降低到0.002和0.02/s/cm ^2之间，其中CdTe的精确值敏感地取决于检测器阈值，以及重新触发的使用和/或双触发阈值的使用。本底率作为阈值，屏蔽和处理的函数。我们还讨论的幅度，和校正，检测器的动态范围的限制，可以引入的时间切片。最后，我们提出了一个使用时间切片…
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
A method for precise charge reconstruction with pixel detectors using binary hit information
提出了一种利用像素点的二值命中信息精确重建电荷谱的方法。该方法与读出电路提供的电荷信息无关，并且具有主要受电子噪声限制的分辨率。它依赖于在对来自粒子源的命中进行计数的同时以小步改变检测阈值的能力。基于ATLAS像素芯片FE-I4凸点键合到230 μm 3D硅传感器的测量，解决了这些错误，并显示了该方法的性能。作为例子，从放射源和电子束的电荷谱。实验结果表明，该系统的电荷分辨率（σ<200 e）接近ATLAS FE-I4像素芯片的电子噪声。
2014-08-15 physics.ins-det
A response matrix determined with a coincidence-based acquisition for correction of charge sharing spectral distortions in energy-resolved photon counting detectors
本文提出一种基于符合响应矩阵的模型无关方法，通过均匀辐照校准电荷共享概率，用于校正光子计数探测器中的电荷共享谱畸变，其性能接近聚类算法且抗噪声能力更强。
2025-08-28 physics.ins-det physics.med-ph
First Experimental Evaluation of a High-Resolution Deep Silicon Photon-Counting Sensor
本文首次实验评估了一种利用电荷共享实现约1 μm亚像素分辨率的深硅光子计数探测器原型，通过35 keV光束测量验证了Monte-Carlo模拟在电极附近的准确性，并指出未连接电极的影响需进一步研究。
2024-01-17 physics.ins-det physics.med-ph
Study of Counting Characteristics of Porous Radiation Detectors
本文介绍了一种新的电离辐射登记技术和一种新型探测器--单阴极多丝多孔探测器的发展，这种探测器既不是气态的，也不是半导体的，而是一种多孔的电介质物质，例如，CsI作为工作介质。结果表明，多丝多孔探测器的性能是稳定的，确保高效率的检测重电离粒子和软X射线的空间分辨率优于$\pm 60μm$。连续稳定的性能为多孔探测器在研究和医学中的应用开辟了新的前景。所得数据为强电场作用下多孔介质中电子漂移和增殖现象的理论发展奠定了基础。
2002-02-13 physics.ins-det
Measurement of the energy resolution and calibration of hybrid pixel detectors with GaAs:Cr sensor and Timepix readout chip
本文介绍了一种基于GaAs：Cr传感器和Timepix读出芯片的混合像元探测器的逐像元能量校准迭代方法。不同金属的特征X射线的精确测量光谱与像素探测器的分辨率和效率的卷积用于校准。在校准期间还测量探测器的能量分辨率。每像素校准的使用允许实现具有GaAs：Cr传感器的Timepix检测器的良好能量分辨率：分别在60 keV和20 keV下为8%和13%。
2015-01-14 physics.ins-det
Development of Fast High-Resolution Muon Drift-Tube Detectors for High Counting Rates
加压漂移管室是大面积高精度跟踪的有效探测器。大型强子对撞机（LHC）ATLAS探测器的μ子谱仪的连续漂移管（MDT）室达到35微米的空间分辨率和几乎100%的跟踪效率，6层30 mm直径的漂移管，Ar：CO2（93：7）气体混合物在3 bar和气体增益为20000。ATLAS MDT腔室的设计是为了应对由于中子和伽马射线高达约300 kHz/管的背景计数率，这将超过LHC亮度大于设计值10-34每平方厘米和秒。将漂移管直径减小到15 mm，同时保持其他参数（包括气体增益）不变，将最大漂移时间从约700 ns减小到200 ns，并且将漂移管占用率减小到7倍。为ATLAS μ子谱仪的端盖区域设计了新的漂移管室。一个原型室组成的12 × 8层的15毫米直径的漂移管的1米长已建成的传感线定位精度为20微米。15毫米直径的漂移管已测试与宇宙射线在伽马辐照设施在欧洲核子研究中心在计数率高达1.85兆赫。
2016-03-31 hep-ex 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
Equalizing the Pixel Response of the Imaging Photoelectric Polarimeter On-Board the IXPE Mission
本文针对IXPE任务中气体像素探测器像素增益约20%的变化问题，提出一种基于等效事件下像素平均电荷比较的均衡方法，以改善径迹重建和能量分辨率。
2023-03-15 astro-ph.IM physics.ins-det
X-ray analog pixel array detector for single synchrotron bunch time-resolved imaging
动态X射线研究可以达到仅受X射线脉冲持续时间限制的时间分辨率，如果探测器足够快以分离同步加速器脉冲。本文介绍了一种模拟积分像素阵列探测器，它具有像素内存储和约150 ns的时间分辨率，足以隔离脉冲。模拟积分最大限度地减少了计数率的限制和像素存储捕获连续脉冲。噪声和线性度以及高速激光测量的基本测试。该探测器在康奈尔高能同步加速器源（CHESS）上分辨出单个束流序列，其水平高达3.7x10^3 x射线/像素/训练。当应用于逐圈X射线束表征时，单次强度测量的重复性为0.4%，并检测到正电子云的水平振荡。该装置适用于时间分辨布拉格斑单晶实验。
2010-07-26 physics.ins-det
Skipper-in-CMOS: Non-Destructive Readout with Sub-Electron Noise Performance for Pixel Detectors
Skipper-in-CMOS传感器结合了Skipper-CCD的非破坏性读出与CMOS工艺的高转换增益，实现了单光子计数与高帧率读出，实验证实其读出噪声可降至0.15rms e-。
2024-11-13 astro-ph.IM physics.ins-det
X-ray polarimetry with an active-matrix pixel proportional counter
我们报告的第一个结果，从X射线旋光仪与微型气体正比计数器使用非晶硅有源矩阵读出。在4.5 keV的100%偏振X射线下，我们获得了0.33 +/- 0.03的调制因子，证实了先前关于精细分段像素正比计数器的高偏振灵敏度的报道。这里描述的探测器具有适合于天文X射线望远镜焦平面的几何形状。非晶硅读出技术将使更多的扩展和改进。
2003-03-27 astro-ph physics.ins-det
Detection of MeV electrons using a charge integrating hybrid pixel detector
电子正在成为X射线衍射研究的有力补充。在本文中，我们研究了在脉冲电子源的JUNGFRAU探测器与320 μ m厚的硅传感器的性能。JUNGFRAU最初是为自由电子激光的X射线探测而开发的，其动态范围为120 MeV/像素（使用像素内增益切换实现），在MeV范围内，每像素和帧约有1200个入射电子。我们预设基本特征，如每个入射粒子沉积的能量，产生的簇大小和空间分辨率以及动态（强度）范围扫描。在4、10和20 MeV/c下进行测量。我们比较的测量与GEANT 4为基础的模拟和外推的结果，不同的传感器厚度使用这些模拟。
2022-10-28 physics.ins-det
On the basic mechanism of Pixelized Photon Detectors
像素化光子探测器（PPD）是以盖革模式工作的半导体器件的总称，例如硅光电倍增器和多像素光子计数器，其具有高光子计数能力。虽然近年来对PPD的内部机制进行了深入的研究，但现有的模型并不包括雪崩过程。我们模拟了雪崩过程的倍增和猝灭，并成功地再现了PPD的输出波形。此外，我们的模型预测存在的死区时间的PPD从来没有被数值预测。为了研究死区时间，我们还发展了利用反卷积的波形分析方法，该方法具有精确区分相邻脉冲的潜力。在本文中，我们讨论了我们的改进模型和波形分析方法。
2008-08-19 physics.ins-det
Optimization of the Radiation Hardness of Silicon Pixel Sensors for High X-ray Doses using TCAD Simulations
欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）每秒将提供27000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。这将允许记录单个分子的衍射图案和研究超快过程。正在为XFEL开发的探测器系统之一是自适应增益积分像素探测器（AGIPD），它由一个像素阵列组成，该像素阵列的读出ASIC凸点键合到一个像素为200 μm \times 200 μm的硅传感器上。对探测器的特殊要求是高动态范围（0，1至10 E5 12 keV光子/XFEL脉冲），快速读出和辐射耐受性高达1 GGy的12 keV X射线剂量为3年的操作。在该X射线能量下，预期硅中没有体损伤。然而，SiO2层中的固定氧化物电荷和Si-SiO2界面处的界面陷阱将积累。研究了12 keV X射线剂量对测试结构中微观缺陷的影响和分段式传感器的宏观电学性能的影响。从测试结构的氧化物电荷密度，界面陷阱的密度和它们的属性作为剂量的函数已被确定。据发现，这两个饱和（甚至减少）的剂量以上几个MGy。对于分段传感器，由X射线引入的表面损伤增加了完全耗尽电压、表面漏电流和像素间电容。此外，在Si-SiO2界面处形成电子积累层，该层随剂量增加而增加，随外加电压减小而减小。使用TCAD模拟与剂量相关的损伤参数从测试结构，测量的结果可以重现。这允许针对XFEL要求优化传感器设计。
2011-11-21 physics.ins-det
Calibrating the photometric performance of a high-time-resolution photon-counting imager for optical astronomy
针对高时间分辨率光子计数成像仪IMONY的光子计数过估问题，提出基于脉冲间隔指数分布的校准方法，并在3.8米望远镜上验证了星等与光子数的线性关系。
2025-06-19 astro-ph.IM physics.ins-det
GEANT4 simulation study of the response of a miniature radiation detector in Galactic Cosmic Rays and inside a spacecraft
空间应用微型探测器是一个尺寸为5x5x1立方厘米的紧凑型装置，它将位置敏感硅探测器和快中子谱仪结合在一起。MIDAS的开发目的是作为带电粒子的线性能量转移（LET）谱仪，并测量带电粒子和中子的剂量和剂量当量。它是基于完全耗尽的单片有源硅像素传感器的带电轨道和能量沉积测量，而塑料闪烁体读出的硅光电倍增器是用来确定能量沉积从快中子。利用GEANT4模拟研究了探测器在银河宇宙线（GCR）辐射场中的响应。能量沉积和命中像素地址已被用于重建轨道和计算LET光谱。详细阐述了从测得的LET计算水中$LET\infty$的方法。计算了水中剂量率和剂量当量率。测定了GCR与航天器模型铝壁相互作用产生的辐射场的能量和粒子组成，研究了MIDAS在该辐射场中的响应。
2022-02-14 physics.ins-det
TEMPUS, a Timepix4-based system for event-based X-rays detection
本文提出基于Timepix4 ASIC的TEMPUS探测器系统，支持40 kfps光子计数和纳秒级事件驱动时间标记两种模式，并展示了其在PETRA III和ESRF的首批实验结果。
2024-04-10 physics.ins-det
A Monte Carlo assessment of the spectral performance of four types of photon counting detectors
本研究详细阐述基于探测过程蒙特卡洛模型的探测器关键特性测定方法，并将其应用于四类实际光子计数探测器的光谱性能评估，可直接推导探测器完整统计特性。
2024-08-14 physics.ins-det physics.med-ph
Performance of SOI Pixel Sensors Developed for X-ray Astronomy
我们一直在开发基于绝缘体上硅技术的单片有源像素X射线传感器。我们的器件由一个低电阻率的硅层读出CMOS电子，高电阻率的硅传感器层，和它们之间的SiO $_2$层。这种配置允许我们在单片器件中既有高速读出电路又有厚的（大约$100~μ{\rm m}$）耗尽层。每个像素电路都包含触发输出功能，利用该功能可以实现$\lesssim 10~μ{\rm s}$的时间分辨率。我们的主要开发项目之一是提高能量分辨率。我们最近制作了一个名为XRPIX 6 E的器件，我们引入了钉扎耗尽二极管（PDD）结构。该结构减小了传感器层中的感测区域与像素电路之间的电容耦合，这降低了光谱性能。使用XRPIX 6 E，我们实现了$\sim 150$ ~eV的能量分辨率为6.4 keV的X射线的半峰全宽。除了良好的能量分辨率之外，实际使用还需要大的成像区域。我们开发并测试了XRPIX 5 b，它的成像面积为$21.9~{\rm mm} \times 13.8~{\rm mm}$，是我们制造的最大的设备。我们成功地从几乎所有的$608 \times 384$像素获得了高均匀性的X射线数据。
2018-12-14 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of Multi-Pixel Photon Counters
多像素光子计数器（MPPC）是一种新型光电探测器，具有良好的光子计数能力。它还具有体积小、增益高、工作电压低、功耗低、能在磁场和室温下工作等优点。测试了样品的基本性能。增益约为10^6，噪声率小于1 MHz，1 p.e.阈值，并且在室温下串扰概率小于30%。对于绿光的光子检测效率是光电倍增管的两倍或更多。实验结果表明，MPPC的基本性能是令人满意的。
2006-05-29 physics.ins-det
Alignment of the CMS Silicon Tracker during Commissioning with Cosmic Rays
CMS硅跟踪器由1440个硅像素和15148个硅条探测器模块组成，已使用超过300万个宇宙射线带电粒子进行了校准，并获得了光学测量的额外信息。在最敏感的坐标系中，相对于宇宙射线轨迹确定模块的位置，在筒中的精度为3-4微米RMS，在端盖中的精度为3-14微米RMS。结果已被验证的几种方法，包括激光对准系统，并从模拟获得的预测进行比较。相关的系统效应进行了研究。利用该对准方法获得的轨道参数分辨率接近设计性能。
2009-11-22 physics.acc-ph 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
Photon Counting Histogram Expectation Maximization Algorithm for Characterization of Deep Sub-Electron Read Noise Sensors
本文提出一种用于表征深亚电子读出噪声图像传感器的光子计数直方图期望最大化算法，能从单样本同时计算量子曝光、转换增益、偏置和读出噪声的最大似然估计，不确定性低于传统方法，并支持自动化分析与可重复研究。
2023-01-27 physics.ins-det physics.optics
An ultra-fast superconducting Nb nanowire single-photon detector for soft X-rays
虽然超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的红外/光学光子和keV-分子的检测进行了很好的研究，没有研究的连续X射线光子计数厚膜探测器已报道到目前为止。我们制作了一个100 nm厚的铌X射线SNSPD（一个X-SNSPD），并研究了其在连续模式下对keV能量光子的探测能力。该探测器即使在0.4%的偏置电流下也能够探测光子，这与光学薄膜SNSPD形成鲜明对比。在延长的测量期内未记录暗计数。引人注目的是，信号幅度分布显著依赖于光子能量谱。
2012-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
On the possibility to use semiconductive hybrid pixel detectors for study of radiation belt of the Earth
为研究宇宙射线的强子和电磁成分而设计的科学仪器“Gamma-400”将被发射到远地点约30万公里、近地点约500公里的椭圆轨道上。这样的轨道结构使它能够周期性地穿过辐射带和磁层的外部。我们讨论的可能性，使用混合像素探测器的Timepix芯片和板载的“伽马-400”装置上的CMOS传感器的基础上。由于传感器的高粒度（像素大小为55 $mu$ m）和独立测量每个像素中的能量沉积的可能性，这种紧凑且重量轻的检测器可以是用于研究辐射带的电子和质子分量的空间、能量和时间结构的独特仪器。
2015-10-11 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ins-det
Single-electron and single-photon sensitivity with a silicon Skipper CCD
我们已经开发出一种非破坏性的读出系统，使用厚，完全耗尽的电荷耦合器件（CCD）上的浮栅放大器，以实现0.068 e-rms/pix的超低读出噪声。这是第一次在稳定的大面积探测器上可重复地实现了数百万像素的离散子电子读出噪声。这允许精确计数每个像素中的电子数量，范围从具有0个电子的像素到超过1500个电子。由此产生的CCD检测器因此是超灵敏量热计。它还能够在光学和近红外区计数单光子。实现这种创新的非破坏性读出系统对CCD设计和制造的影响可以忽略不计，并且几乎立即有科学应用。作为一个粒子探测器，这款CCD将对低质量暗物质粒子和相干中微子-核散射具有前所未有的灵敏度，而天文学应用则包括未来对系外行星的直接成像和光谱学研究。
2017-05-31 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.IM
Modeling and Simulation of Charge-Induced Signals in Photon-Counting CZT Detectors for Medical Imaging Applications
针对CZT光子计数探测器晶体缺陷导致性能下降的问题，提出考虑晶体空间变异性的高效计算模型，可精确仿真电荷感应信号（RMSE<0.70%），作为数字孪生以补偿杂质影响。
2024-05-24 eess.IV physics.ins-det
