Development of CMOS monolithic pixel sensors with in-pixel correlated double sampling and fast readout
本文介绍了一种用于带电粒子探测的CMOS有源像素芯片的设计和详细的测试结果，该芯片具有像素内电荷存储功能，可在高达25 MHz的频率下以卷帘快门模式进行相关双采样和读出。该探测器是在未来e+e线性对撞机的顶点跟踪器的研发框架内开发的。
2008-11-12 physics.ins-det
A Monolithic Pixel Sensor in 0.15 micron Fully Depleted SOI Technology
这封信介绍了一种采用冲电气0.15微米全耗尽SOI技术的10x10微米^2像素单片像素传感器的设计及其特性的初步结果。在LBNL ALS的1.35 GeV电子束上研究了芯片对带电粒子的响应。
2007-09-26 physics.ins-det
Development of New 3D Pixel Sensors for Phase 2 Upgrades at LHC
我们报告了高亮度LHC（HL-LHC）第2阶段升级的新3D像素传感器的开发。为了应对增加的像素粒度的要求（例如，50 x50或25 x100 um 2像素尺寸）和极端辐射硬度（高达2 e16 neq cm-2的通量），考虑具有更窄尺寸（~ 5 um）和减小间距（~ 30 um）的电极的更薄的3D传感器（~100 um）。本文涵盖了TCAD模拟，以及与第一批3D传感器相关的技术和设计方面，目前正在FBK的6英寸晶圆上制造。
2016-12-02 physics.ins-det
Development of CMOS monolithic pixel sensors with in-pixel correlated double sampling and fast readout for the ILC
本文介绍了一种用于带电粒子探测的CMOS有源像素芯片的设计和详细的测试结果，该芯片具有像素内电荷存储功能，可在高达25 MHz的频率下以卷帘快门模式进行相关双采样和读出。该探测器是在国际直线对撞机顶点跟踪器的研发框架内开发的。
2007-12-17 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
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
Investigation of the in-pixel response of the Mupix11 monolithic pixel sensor using a microfocus X-ray beam at Diamond Light Source
University of Heidelberg（海德堡大学）；University of Oxford（牛津大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）
研究Mupix11单片像素传感器在微焦点X射线束下的像素内响应，验证其在高电压下的均匀检测性能及无反向偏压时的亚像素位置依赖性。
2026-04-27 physics.ins-det
Characterisation of a Pixel Sensor in 0.20 micron SOI Technology for Charged Particle Tracking
本文介绍了一个像素传感器的特性的OKI 0.2微米SOI技术集成在高电阻率基板上制造的结果，并具有几个像素单元的电荷收集优化布局。该传感器进行了测试，短红外激光脉冲，X射线和200 GeV的π介子。我们报告的结果，电荷收集，粒子探测效率和单点分辨率。
2011-03-04 physics.ins-det
Cluster Imaging with a Direct Detection CMOS Pixel Sensor in Transmission Electron Microscopy
提出了一种基于直接探测CMOS像素传感器的透射电子显微镜团簇成像技术。单个电子团簇的电荷重心重构提高了空间分辨率，从而提高了点扩散函数。与传统的明场照明相比，用具有9.5微米像素的CMOS传感器收集的数据显示出在300 keV下点扩散函数到2.7微米的2倍的改进以及图像对比度的3倍的改进。
2009-07-22 physics.ins-det
Functional characterization of irradiated 3D-DDTC pixel sensor prototypes fabricated at FBK
在本文中，我们讨论了三维双面双型列（3D-DDTC）的像素传感器在FBK（特伦托，意大利）和面向ATLAS升级的相关结果。
2011-12-10 physics.ins-det
A Low-Noise CMOS Pixel Direct Charge Sensor, Topmetal-II-
我们报告的CMOS像素直接电荷传感器，Topmetal-II-，在一个标准的0.35微米CMOS集成电路工艺制造的设计和表征。传感器利用每个像素顶部暴露的金属贴片直接收集电荷。每个像素都包含一个低噪声电荷敏感型ADC，用于建立模拟信号，以及一个具有可调阈值的ADC，用于生成命中。来自每个像素的模拟信号可通过整个阵列上的分时复用来访问。命中通过基于列的优先级逻辑结构以数字方式读出。测试表明，该传感器实现了<15 e-模拟噪声和200 e-每像素数字读出的最小阈值。该传感器能够检测气体中漂移的电子和离子。这些特性使得它可以作为未来时间投影室的电荷读出器件，而不需要气体增益机制，在低本底和低速率密度实验中具有独特的优势。
2015-12-22 physics.ins-det
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$1.0\times10^{16}\,\frac{\mathrm{n}_\mathrm{eq}}{\mathrm{cm}^2}$。
2022-03-21 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
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
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。
2019-05-07 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
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
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
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。
2009-04-03 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
Monolithic Pixel Sensors in Deep-Submicron SOI Technology with Analog and Digital Pixels
本文介绍了一个原型单片像素传感器的设计和测试结果，在深亚微米全耗尽绝缘体上硅（SOI）CMOS工艺制造。在SOI技术中，集成电子器件的薄层通过掩埋氧化物与（高电阻率）硅衬底绝缘。蚀刻穿过氧化物的通孔允许从电子层接触衬底，使得可以创建像素注入并且可以施加反向偏置。原型芯片采用OKI 0.15微米SOI工艺制造，具有10微米间距的模拟和数字像素。红外激光和1.35 GeV的电子和电离和非电离剂量的影响的第一次评估进行的测试结果进行了讨论。
2008-11-27 physics.ins-det
Irradiation study of a fully monolithic HV-CMOS pixel sensor design in AMS 180 nm
基于180 nm HV-CMOS工艺的高压单片有源像素传感器（HV-MAPS）已经被提出来实现薄、快速和高度集成的像素传感器。MuPix 7原型采用商业AMS H18工艺制造，具有完全集成的片上读出功能，即命中数字化、零抑制和数据序列化。这是第一款经过测试可用于HL-LHC等高辐射环境的全单片HV-CMOS像素传感器。我们目前的结果从实验室和测试束测量MuPix 7原型照射中子（高达$5.0\cdot10^{15}{\,\rm{n}_{\rm{eq}}/cm^2}$）和质子（高达$7.8\cdot 10^{15} \,\rm{protons}/cm^2$），并比较与非辐照传感器的性能。在噪声率低于200 Hz/像素时，测量的有效性远高于90%.一个时间分辨率优于22纳秒测量所有测试的设置和传感器，即使在最高的辐照注量。数据传输速率为1.25 Gbit/s，片内PLL保持完整功能。
2018-06-05 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
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
Sensor Simulation and position calibration for the CMS pixel detector
在本文中，详细的模拟辐照像素传感器被用来研究辐射损伤的电荷共享和位置确定的影响。模拟实现了一个模型的辐射损伤，包括两个缺陷的水平与相反的电荷状态和捕获的载流子。我们表明，从模拟中提取的电荷共享函数可以参数化为像素间位置的函数，并用于提高位置确定。对于辐照到Φ =5.9x10^14 n/cm^2的传感器，校准后可以实现低于15 um的位置分辨率。
2006-03-23 physics.ins-det
Pixelated 3D sensors for tracking in radiation harsh environments
欧洲核子研究中心大型强子对撞机的高亮度升级将能够达到5E 34/cm 2 s的峰值瞬时光度。CMS和ATLAS实验的最里面的探测器将不得不应对前所未有的辐射硬度要求。在运行期结束时，辐射水平预计将达到2.6E16 neq/cm 2以上。基于3D像素技术的传感器，具有固有的辐射耐受性，是几个HL-LHC实验的顶点探测器最内层的基线选项。本文概述了像素化3D传感器技术的正在进行的表征，它们的性能及其在辐射恶劣环境下跟踪的当前发展状况。
2021-01-15 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
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。
2008-07-18 physics.ins-det
Achievements of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
为了扩展LHC的物理范围，计划对加速器进行升级，将积分亮度提高到3000 fb^-1以上，并将每个束流交叉的堆积提高5到10倍。为了应对不断增加的占用和辐射损伤，ATLAS实验计划在HL-LHC升级中引入全硅内部跟踪器。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS升级平面像素传感器研发项目（PPS）由19个研究所和80多名科学家组成。主要的研究领域是性能评估的平面像素传感器与不同的设计和基板厚度高达HL-LHC的注量，实现超薄或主动边缘，以提供低几何效率，而无需叠瓦的模块和探索的可能性，降低成本，使仪器的大面积。本文概述了该研发项目的最新成果和正在进行的工作。
2013-10-21 physics.ins-det
Detailed study of the column-based priority logic readout of Topmetal-II- CMOS pixel direct charge sensor
本文对Topmetal-II- CMOS像素直接电荷传感器的数字读出进行了详细的研究。Topmetal-II是一个集成传感器，具有72 X72像素阵列，每个像素能够通过最顶层金属层中暴露的金属电极直接收集外部电荷。除了对每个像素中的电荷敏感放大器的模拟输出进行分时多路复用读出外，还通过比较器产生命中，每个像素中具有单独的DAC可设置阈值。通过基于列的优先级逻辑结构读出命中，保留命中位置和时间信息。阵列内的基于列的优先级逻辑是完全组合的，因此在像素阵列中不存在分布的时钟。时序逻辑和时钟被放置在阵列的外围设备上。我们研究了这种读出器的详细工作行为和性能，并展示了其在成像应用中的潜力。
2016-08-23 physics.ins-det
Characterization of SOI pixel sensor using pinned depleted diode structure with AC-coupling on the diode
未来正负电子对撞机的实验对顶点分辨率提出了前所未有的要求，如最内层探测器的单点分辨率要达到3微米左右，读出速度要快，功耗密度和材料预算要非常低。已经在单片硅像素传感器的开发中投入了大量的努力，但是在小像素区域中组合所有这些严格的规格存在一些挑战。本文介绍了一种采用LAPIS 200 nm SOI工艺制作的紧凑型像素传感器原型，重点研究了采用正向偏压和二极管交流耦合新方法的钉扎耗尽二极管结构的传感节点的低电容特性。设计了三种像素尺寸为16微米× 20微米的PDD结构，并使用放射源和注入电荷进行了比较。测试结果表明，所设计的PDD结构具有很低的漏电流和3.5fF左右的等效输入电容。
2021-04-11 physics.ins-det
Beam Test Studies of 3D Pixel Sensors Irradiated Non-Uniformly for the ATLAS Forward Physics Detector
具有穿透硅衬底的圆柱形电极的像素检测器（所谓的3D检测器）在辐射硬度方面提供优于标准平面传感器的优点，因为电极距离与体厚度解耦。近年来，3D传感器的开发取得了重大进展，最终在CNM（西班牙巴塞罗那）和FBK（意大利特伦托）进行的ATLAS可插入B层（IBL）升级的传感器生产达到了高潮。基于这一成功，ATLAS Forward Physics（AFP）实验选择了3D像素传感器技术作为跟踪探测器。AFP项目提出了一个新的挑战，因为需要减少与IBL有关的死区，以及传感器中辐射剂量分布的不均匀性。本文介绍了第一个AFP原型的电气特性和3D像素器件非均匀辐照的束流测试研究。
2015-04-21 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
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
A Rad-hard CMOS Active Pixel Sensor for Electron Microscopy
单片CMOS像素传感器通过透射电子显微镜中的直接电子检测为快速纳米成像提供了前所未有的机会。我们提出的设计和一个完整的CMOS像素测试结构的特性，能够承受超过1兆拉德的剂量。收集的数据与电子束在不同的能量感兴趣的电子显微镜进行比较，预测的模拟和1.5 GeV的电子数据disentagle的多重散射的影响。用300 keV电子测量的点扩散函数对于10微米像素为（8.1 +/- 1.6）微米，对于20微米像素为（10.9 +/- 2.3）微米，这与我们模拟预测的值8.4微米和10.5微米吻合得很好。
2008-11-18 physics.ins-det
A Sensor with Analog and Digital Pixels in 0.15 micron SOI Technology
设计、制造了一种采用深亚微米SOI CMOS工艺的单片像素传感器。该技术对于粒子跟踪和成像中的应用具有重要意义。原型芯片的特点是像素的10微米间距排列在两个模拟部分和一个数字部分与比较器和锁存器集成在每个像素。原型响应已测试与红外激光器和1.35 GeV的电子束从注入助推器在LBNL先进光源提取。还介绍了在LBNL 88英寸回旋加速器上进行的低能质子和中子辐照试验的结果。
2008-07-01 physics.ins-det
CMOS Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) for future vertex detectors
本文综述了用于未来顶点检测器的CMOS单片有源像素传感器（MAPS）的发展。MAPS采用标准CMOS技术开发。在该技术首次应用的成像领域，它们也被称为CMOS图像传感器。使用MAPS作为粒子物理学的探测器是在1999年底首次提出的。从那时起，它们在空间分辨率，效率，辐射硬度方面的良好性能已经得到证明，现在正在努力提供第一个基于MAPS的顶点探测器。
2006-05-29 physics.ins-det
Radiation Induced Effects in a Monolithic Active Pixel Sensor : The Mimosa8 Chip
本文研究了单片有源像素传感器芯片（MIMOSA 8）的~（60）Co源电离辐照效应和中子辐照效应。以前的一份报告专门讨论了中子引起的效应。我们表明，由于中子损伤的扩展缺陷改变的像素灰度分布。这主要是由于暗产生电流的增加，由于在传感器的耗尽区中的深陷阱的存在。或者，暴露于电离辐射以更均匀的方式增加了介电常数，这来自于在Si/SiO2界面处产生的界面态，该界面态由氧化物中带正电荷的陷阱的存在补充。传感器的漏电流于是增加。我们讨论的结果，鉴于增加的辐射硬度的MAPS，请记住，这些芯片没有设计与任何rad-tol布局技术。
2008-05-26 physics.ins-det
Characterisation of a Thin Fully Depleted SOI Pixel Sensor with High Momentum Charged Particles
本文介绍了一个薄的，完全耗尽的像素传感器的特性的结果，在SOI技术制造的高电阻率基板与高动量带电粒子。传感器被减薄到70 $μ$ m，并且在背板上注入薄的磷光体层接触。它的响应相比，厚传感器的相同设计的信号和噪声，检测效率和单点分辨率的基础上收集的数据与300 GeV π介子在欧洲核子研究中心SPS。我们观察到，收集的电荷和信噪比规模根据敏感体积的估计厚度和薄化芯片的效率和单点分辨率与厚传感器的测量结果相当。
2012-02-06 physics.ins-det
Characterization of Chromium Compensated GaAs as an x-ray Sensor Material for Charge-Integrating Pixel Array Detectors
我们研究了铬补偿GaAs耦合到电荷积分ASIC时的性能作为探测器温度、外加偏压和X射线管能量的函数。该材料是光敏电阻器，并且可以被偏置以通过像素电路收集电子或空穴。两者都在这里研究。先前的研究已经显示出大量的空穴捕获。这种陷波和其它传感器特性引起几种非理想效应，包括扩展的点扩散函数、有效像素尺寸的变化和速率相关偏移移位。这些效应的大小随温度和偏置而变化，要求传感器具有良好的温度均匀性和非常好的温度稳定性，以及精心选择的偏置电压。
2017-11-21 physics.ins-det
Characterization of proton irradiated 3D-DDTC pixel sensor prototypes fabricated at FBK
在本文中，我们讨论了三维双面双型列（3D-DDTC）的像素传感器在FBK（特伦托，意大利）和面向ATLAS升级的相关结果。这些传感器的一些组件具有不同的柱状电极配置（每像素2，3，或4列），并耦合到ATLAS FEI 3读出芯片进行了照射，以大质子注量和放射源在实验室中进行测试。尽管非优化的柱状电极重叠，传感器表现出相当好的电荷收集性能高达2 × 10**15 neq/cm 2的辐照能量密度，同时需要在100 V的顺序的偏置电压。传感器操作进一步研究通过TCAD模拟，它可以有效地解释负责辐照后的电荷损失的基本机制。
2012-03-19 physics.ins-det
Subpixel Mapping and Test Beam Studies with a HV2FEI4v2 CMOS-Sensor-Hybrid Module for the ATLAS Inner Detector Upgrade
高亮度大型强子对撞机的升级将对所有实验的跟踪系统提出前所未有的挑战。在CMOS工艺中设计的有源像素检测器的最新进展为使用无源传感器的成熟混合设计提供了有吸引力的替代方案。本文介绍了一个高压CMOS有源像素传感器的ATLAS跟踪器升级设计的研究。传感器被粘在可插入B层的读出芯片上。被测器件的像素比所附读出芯片的像素更小，输出信号中编码有关于命中CMOS像素的信息（子像素编码）。描述了将读出芯片中记录的命中映射到CMOS像素的测试光束测量，从而验证子像素编码。
2017-02-06 physics.ins-det
Development of n-in-p pixel modules for the ATLAS Upgrade at HL-LHC
薄的平面像素模块是有希望的候选人仪器的新的ATLAS像素探测器的HL-LHC的内层，由于减少的贡献，材料预算和照射后的高电荷收集效率。100-200 $μ$ m厚的传感器，互连到FE-I4读出芯片，已在CERN SPS和DESY的放射源和束流测试的特点。报告了辐照前和辐照后器械的这些测量结果，辐照通量高达$14\times10^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^2$。比较了不同传感器厚度的电荷收集和跟踪效率。未来的平面像素传感器生产的前景进行了讨论，重点是传感器设计的像素间距（50 × 50和25 × 100 $μ$米$^2$）预计RD 53协作读出芯片在65纳米CMOS技术。需要优化像素单元中的偏置结构以避免目前在照射后在穿通区域中观察到的命中效率损失。为此目的，不同的布局的性能进行了比较FE-I4兼容的传感器在不同的注量水平，通过使用束流测试数据。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 50 $μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角（80 $^\circ$）下的射束测试中在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示关于簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
2016-06-16 physics.ins-det
Performance of novel silicon n-in-p planar Pixel Sensors
新型n-in-p平面像素探测器的性能，设计用于未来升级的ATLAS像素系统。n-in-p硅传感器技术是像素升级的一个有前途的候选者，这要归功于其辐射硬度和成本效益，这允许扩大像素探测器的仪表化面积。这里介绍的n-in-p模块由CiS生产的像素传感器组成，通过凸点键合连接到ATLAS读出芯片FE-I3。这些设备的表征已经进行了之前和之后的辐照高达5 × 10**15 1 MeV neq cm-2的能量密度。用放射源进行的电荷收集测量已经证明了这种技术在这些粒子注量下的功能。本文还讨论了在CERN SPS上用120 GeV/c π介子束进行的束流测试数据的初步结果，表明在最大注量和1 kV偏压下辐照的器件具有（98.6 \pm 0.3）%的高跟踪效率和约10 ke的高收集电荷。
2012-03-05 physics.ins-det
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。
2021-11-23 physics.ins-det
Monolithic Pixel Sensors in Deep-Submicron SOI Technology
用于带电粒子探测和成像应用的单片像素传感器已经使用可商购的深亚微米绝缘体上硅（SOI）工艺来设计和制造，该工艺通过掩埋氧化物将集成全CMOS电子器件的薄层与高电阻率衬底绝缘。通过在掩埋氧化物中蚀刻的通孔从电子层接触衬底，从而允许像素注入和反向偏置。本文总结了OKI 0.15微米FD-SOI工艺制造的第一个原型所实现的性能，其特征在于10微米间距的模拟和数字像素。在OKI 0.20微米FD-SOI工艺制造的第二个原型的模拟部分的设计和初步结果进行了简要讨论。
2009-03-18 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
Test Beam Results of Geometry Optimized Hybrid Pixel Detectors
多芯片模块沉积（MCM-D）技术已经被用于构建混合像素检测器组件。本文总结了在欧洲核子研究中心的试验束活动中获得的数据分析的结果。在这里，单芯片混合ATLAS像素原型读出电子和特殊的传感器瓦片被使用。它们由德国柏林IZM的Fraunhofer Institut fuer Zuverlaessigkeit und Mikrointegration编写。传感器具有优化的传感器几何结构，称为等尺寸砖。这种设计增强了传感器单元的长方向上的双重命中的空间分辨率。
2005-11-07 physics.ins-det
Position resolution with 25 um pitch pixel sensors before and after irradiation
像素化硅探测器是在对撞机实验中实现精确跟踪和顶点的最先进技术，旨在精确测量高速率和辐射环境中入射粒子的命中位置。对于高亮度LHC的操作来说，探测器的要求变得非常苛刻，其中多达200个相互作用将在感兴趣的过程之上的同一束交叉中重叠。此外，对于3000 fb^-1的积分亮度，在离束流3.0 cm处的注量预计可达2.3 × 10^16 cm^-2 1 MeV中子当量。在过去的几十年中，像素间距不断减少，以应付实验的需要，实现更高的位置分辨率和保持低像素占用每通道。空间分辨率随着像素尺寸的减小而提高，但随着辐射损伤而降低。因此，用于HL-LHC实验升级的原型传感器模块需要在辐照后进行测试。本文描述了CMS第2阶段升级中100 × 25 um^2像素平面原型传感器的位置分辨率测量。它回顾的位置分辨率的入射粒子的轨迹和传感器之间的相对倾斜角，由读出芯片施加的电荷阈值，和偏置电压的依赖关系。一个精确的设置与三个平行的平面的传感器已被用来调查的性能的传感器辐照通量高达F_eq = 3.6 10^15 cm-2。测量用5 GeV电子束进行。在电荷共享的最佳角度下，未辐照传感器的空间分辨率为3.2 ± 0.1 μ m。对于质子辐照传感器（F_eq = 2.1 × 10^15 cm ^-2）和中子辐照传感器（F_eq = 3.6 × 10^15 cm^-2），分辨率为5.0 +/- 0.2 um。
2021-07-09 physics.ins-det
Optimization of thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将在2025年左右进行，鉴于LHC（HL-LHC）的高亮度阶段，将用新的5层像素系统替换跟踪系统。薄的平面像素传感器是有希望的候选人，仪器的新的像素系统的最里面的区域，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。传感器的厚度为50-150 $μ$ m，互连到FE-I4读出芯片，其特征在于与放射源和束流测试。特别地，已经研究了有源边缘传感器。两个不同版本的边缘设计的性能进行了比较：第一个与偏置环，第二个只有一个浮动保护环已实施。还研究了在$10^{15}$ \neqcm的能量密度下辐照后边缘处的命中效率。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 50 $μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。在这种配置中的命中效率的结果进行了讨论，为不同的传感器厚度。
2017-01-12 physics.ins-det
Precision Measurement of Pixel Sensor Capacitance
传感器系统电荷收集节点的电容是模拟前端电子学设计的一个重要参数。高粒度传感器（例如混合像素检测器）的模拟前端需要针对时序分辨率、功耗和电子噪声（这些参数都取决于像素电容）进行优化。当前用于HL-LHC升级的像素检测器开发通常使用像素尺寸为$50 \times 50 um^2$量级的硅传感器，其具有几十fF的像素电容，这取决于传感器的几何形状。我们开发了一种专用集成电路，用于凸点键合到像素传感器上，通过使用基于电荷的电容测量方法，可以实现精确的像素电容测量。在本文中，我们将描述的测量方法和实现的电容测量芯片（Pixcap 65），并显示测量结果的平面像素传感器，其像素电容的植入体的几何形状的变化的影响。
2020-10-21 hep-ex 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
A Cryogenic Readout IC with 100 KSPS in-Pixel ADC for Skipper CCD-in-CMOS Sensors
Skipper CCD-in-CMOS并行读出电路（SPROCKET）是一款混合信号前端设计，用于Skipper CCD-in-CMOS图像传感器的读出。SPROCKET采用65 nm CMOS工艺制造，每个像素占用50 $μ$ m $\times$ 50 $μ$ m的占地面积。SPROCKET旨在与Skipper-in-CMOS传感器阵列异质集成，使得一个读出像素连接到九个Skipper-in-CMOS像素的多路复用阵列，以实现大规模并行读出。前端包括一个可变增益ADC、一个相关双采样电路和一个10位串行逐次逼近寄存器（SAR）ADC。该电路可实现100 ksps的采样速率，ADC输入端的等效噪声为0.48 $\mathrm{e^-_{rms}}$。SPROCKET在最低增益设置下实现9，000 $e^-$的最大动态范围（或在最低噪声设置下实现900 $e^-$的最大动态范围）。该电路工作在100开尔文，功耗为每像素40 $μW$。2022年9月提交了SPROCKET测试芯片，测试结果将在大会上公布。
2023-02-07 physics.ins-det
Precision beam telescope based on SOI pixel sensor technology for electrons in the energy range of sub-GeV to GeV
我们开发了一个光束望远镜系统，包括5层300- $μ$ m厚的INTPIX 4 NA单片像素传感器，每个像素大小为17 $μ$ m平方。传感器采用绝缘体上硅（SOI）技术制造。在偏置电压为20 V时，信噪比为140- 230。使用200- 822 MeV/c的正电子束对跟踪系统进行了测试，并检查了各种跟踪方法，以优化在这些能量下可实现的空间精度。最好的跟踪精度，包括精度的传感器本身的测试是11.04 $\pm$ 0.10 $μ$ m的822 MeV/c的正电子的等距传感器间距为32 mm。所获得的精度结果结合所获得的固有空间分辨率值为一个类似的系统使用120 GeV的质子被用来估计电子的跟踪性能在GeV的能量范围;对于5-GeV电子，估计跟踪精度为2.22 $μ$ m。使用基于Geant 4的仿真验证了估计跟踪性能的方法。开发的高精度跟踪系统，使映射的像素大小为$\mathcal{O}$（10 $μ$ m）的传感器的详细性能，因此将是一个强大的系统，用于开发的设备，目标是精确的位置分辨率。
2022-08-23 physics.ins-det
