Charge Collection and Electrical Characterization of Neutron Irradiated Silicon Pad Detectors for the CMS High Granularity Calorimeter
计划于2027年为高亮度LHC（HL-LHC）更换紧凑型μ子螺线管（CMS）探测器中现有的端盖量热计，将是一个高粒度量热计。它将提供详细的位置，能量和时间信息的电磁和强子簇射在巨大的堆积的HL-LHC。高粒度量热计（HGCAL）将使用120-、200-和300- $μ\textrm{m}$厚的硅（Si）垫传感器作为主要活性材料，并将维持高达约$10^{16}~\textrm{n}_\textrm{eq}\textrm{cm}^{-2}$的1-MeV中子当量注量。为了解决由强辐射环境引起的Si探测器的性能退化，在两个反应器中对来自8英寸和6英寸晶片的测试二极管样品进行辐照活动。辐照后的电气和电荷收集特性的表征涉及两个散装极性的三个传感器厚度。由于硅传感器将在-30 $^\circ$ C下操作以减少随着注量增加的体漏电流，因此用红外TCT装置在-30 $^\circ$ C下进行30个辐照样品的电荷收集研究。TCAD模拟结果在较低的注量与实验结果是密切一致的，并提供预测的传感器性能的较低的注量区域的实验研究未覆盖。所有研究的传感器显示60 $\%$或更高的电荷收集效率在其各自的最高寿命能量密度时，在800 V下操作，并显示以上90 $\%$在最低能量密度，在600 V。收集的电荷接近的$10^{16}~\textrm{n}_\textrm{eq}\textrm{cm}^{-2}$的能量密…
2020-08-04 physics.ins-det
Characterization of Thin Pixel Sensor Modules Interconnected with SLID Technology Irradiated to a Fluence of 2$\cdot 10^{15}$\,n$_{\mathrm{eq}}$/cm$^2$
提出了一种用于未来ATLAS像素探测器升级的新模块概念，其中薄的n-in-p硅传感器连接到前端芯片，利用新型固液互扩散技术（SLID），并通过前端蚀刻的芯片间通孔（ICV）读取信号。这应该可以作为ATLAS升级的未来四边可对接像素组件的原理证明，而不需要目前芯片中用于引线键合的悬臂。由Fraunhofer EMFT开发的SLID互连是标准凸点连接的可能替代方案。它的特点是一个非常薄的共晶铜锡合金，并允许堆叠不同层的芯片上的第一个，而不会破坏预先存在的债券。这为垂直整合技术铺平了道路。讨论了通过SLID互连的第一像素模块以及照射到$2\cdot10^{15}$ \、\neqcm{}的一个样品的表征结果。此外，开始将ICV蚀刻到前端晶片中。ICV将用于通过前端芯片垂直路由信号，到达背面新创建的焊盘。在EMFT方法中，芯片晶片被减薄到（50- 60）μ m，$μ$ μ m。
2011-12-23 physics.ins-det
Beam test results of the irradiated Silicon Drift Detector for ALICE
硅漂移探测器将在LHC ALICE实验的ITS中装备六层圆柱形高精度位置敏感探测器中的两层。本文报道了1GeV电子辐照SDD的束流实验结果。本测试旨在验证器械在相当于ALICE运行10年期间预期粒子注量两倍的电子注量下的辐射耐受性。
2005-12-07 physics.ins-det
Low-field carrier mobilities in silicon irradiated to extreme fluences
Humboldt University of Berlin（柏林洪堡大学）；Carleton University（卡尔顿大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））
研究了硅在极端通量照射下的低场载流子迁移率，通过测量和模拟分析了迁移率与通量和温度的关系，并估算了载流子浓度。
2026-07-13 hep-ex physics.ins-det
High-energy proton induced damage in Lead Tungstate calorimeter crystals
用20 GeV/c的质子束辐照了8个CMS生产级PbWO_4晶体，辐照剂量高达5.4E ~（13）cm ~（-2）。这些晶体的损伤恢复已经进行了一年多。使用1 kGy/h的剂量率，对其他7个晶体进行了60 Co光子的比较辐照。在质子辐照的晶体中，光透射带边移动，并且诱导吸收长度与波长的4次方的倒数成正比。在γ射线辐照的晶体中，带边不移动，但吸收带的形成是清楚可见的。晶体中γ辐射引起的吸收长度被证实具有优异的辐射硬度，在低于0.5 m-1的水平饱和。在质子的情况下，我们观察到没有相关性的预表征的辐射硬度的晶体和诱导吸收增加与注量线性。在5E 13 cm-2的能量密度后，诱导吸收长度约为100 nm。15 m-1，没有饱和迹象。这些观察结果提供了强有力的证据，表明高能质子造成的损伤是伽马射线照射无法复制的。然而，这些强子效应只在积分注量远超过1 E12 cm-2时才显现出来，并且很可能在较低注量时逃逸而未被发现。在质子和伽马辐照的晶体中，很大一部分损伤要么是稳定的，要么恢复得非常缓慢。
2004-12-16 physics.ins-det
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
Performance of n-in-p pixel detectors irradiated at fluences up to 5x10**15 neq/cm**2 for the future ATLAS upgrades
我们提出了新的n-in-p平面像素探测器，设计用于未来升级的ATLAS像素系统的表征的结果。由于其辐射硬度和成本效益，n-in-p硅器件是替代n-in-n传感器的有希望的候选者，其允许扩大用像素检测器进行仪表化的区域。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与ATLAS像素读出系统，TurboDAQ和USBPIX，之前和之后用25 MeV的质子和中子高达5x 10 **15 neq /cm 2的通量照射。用放射源进行的电荷收集测量证明了采用这种探测器达到这些粒子注量的可行性。收集的电荷已被测量为超过FE-I3阈值的两倍的任何注量，调谐到3200 e。还介绍了在CERN-SPS上用120 GeV π介子进行束流测试的第一批结果，证明了辐照前的高跟踪效率和以10**15 neq /cm 2辐照的器件的高收集电荷。这项工作是在RD 50协作的框架内进行的。
2012-02-29 hep-ex physics.ins-det
Study of depth-dependent charge collection profiles in irradiated pad diodes
在这项工作中，未照射和照射的150 $μ$ m $p$型焊盘二极管的电荷收集分布进行了测量，使用5.2 GeV的电子束穿过二极管平行于读出电极。用23 MeV质子对四个二极管进行了1 MeV中子当量注量为2、4、8和12 E15 {cm}^{-2}的辐照。通过展开数据提取作为深度函数的电荷收集效率曲线。测量的结果进行了比较，使用三个辐射损伤模型从文献中被调整到不同的照射类型和注量的模拟。
2023-01-23 hep-ex physics.ins-det
Testbeam results of irradiated SiGe BiCMOS monolithic silicon pixel detector without internal gain layer
本研究对MONOLITH项目的SiGe BiCMOS单片硅像素ASIC原型开展辐照试验与束流测试，测量了不同偏压下探测效率、时间分辨率随质子注量的变化，验证了提升偏压可改善辐照后器件性能。
2024-06-21 physics.ins-det
On the weighting field of irradiated silicon detectors
对辐照硅传感器的加权场的理解对于计算硅探测器在CERN LHC等加速器的辐射环境中的响应至关重要。使用1-D计算的非辐照垫传感器和1-D TCAD模拟的垫传感器照射前后，它示出的加权场的时间依赖性与电阻率的低场区域的欧姆行为在传感器中。本文导出了一个简单的公式，它把与时间有关的加权场的时间常数$τ$与电阻率和衬垫探测器的低场区的延伸联系起来。随着辐照硅的电阻率随注量增加并最终达到本征电阻率，$τ$变得比电荷收集时间大得多，并且加权场变得基本上与时间无关。TCAD模拟结果表明，对于一个厚度为200 μ m、工作电压为40 V、工作温度为$- 20^\circ$ C的二极管，当中子当量注量为$μ$ cm $^{-2}$时，发生了从依赖于时间的加权场到不依赖于时间的加权场的转变.因此，它的结论是，使用与时间无关的加权场计算与完全耗尽的非辐照传感器相同的方法也是适当的高度辐照硅传感器的模拟。
2019-07-18 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
Testbeam results of irradiated ams H18 HV-CMOS pixel sensor prototypes
HV-CMOS像素传感器是LHC ATLAS实验跟踪器升级的一个很有前途的选择，也是未来其他大面积跟踪应用的一个很有前途的选择。我们展示了采用艾迈斯半导体H18 HV-CMOS工艺生产的$4^{\mathrm{th}}$代电容耦合像素探测器（CCPDv 4）的测试束表征结果，这些探测器采用不同粒子（反应堆中子和18 MeV质子）进行辐照，辐照通量介于$1\cdot 10^{14}$和$5\cdot 10^{15}$ 1-MeV-n $_\textrm{eq}$ /cm $^2$之间。传感器被粘到ATLAS FE-I4像素读出芯片上，并使用FE-I4光束望远镜在CERN SPS H8光束线上进行测量。所有注量的结果都是非常令人鼓舞的，对于$85\,$ V的偏置电压，所有命中效率都优于97%。照射到注量为$1\cdot 10^{15}$ n $_\textrm{eq}$ /cm $^2$的样品-对于大体积的升级跟踪器的相关值-表现出99.7%的平均命中效率。这些结果为HV-CMOS传感器的辐射耐受性及其作为实验性HL-LHC升级和未来高辐射环境中大面积硅基跟踪探测器的传感器的适用性提供了强有力的证据。
2017-11-28 physics.ins-det
High-energy proton induced damage study of scintillation light output from PbWO4 calorimeter crystals
八PbWO 4晶体的CMS实验的电磁量能器在LHC已被照射在一个20 GeV/c的质子束高达5.4 E13 p/cm 2的注量。这些晶体在室温下储存在黑暗中，其损伤恢复已经进行了一年多。使用1 kGy/h的剂量率，对其他7个晶体进行了60 Co光子的比较辐照。利用宇宙射线对辐照晶体进行光输出测量，研究了强子是否对闪烁机制造成特定损伤的问题。光输出变化和光透射率变化之间的相关性被测量为质子辐照晶体和伽马辐照晶体相同。因此，在测量的精度和质子注量的探索范围内，没有额外的，强子特定的损害闪烁机制观察。
2006-04-12 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
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
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
A new model for the TCAD simulation of the silicon damage by high fluence proton irradiation
对于大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度阶段，在CMS和ATLAS实验的最内部像素探测器层的预期位置，3000 fb $^{-1}$后的估计等效中子注量为2 $\cdot$ 10 $^{16}$ n $_{eq}$ /cm $^2$，$_2$中的IEL（电离能量损失）剂量为12 MGy。像素传感器的优化和理解它们的性能作为通量和剂量的函数，使得TCAD模拟的辐射损伤模型，它描述了可用的实验数据，非常可取的。现有的体损伤模型不能同时描述$\ge 1\cdot 10^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^2$注量下焊盘二极管的暗电流（I-V）、电容-电压（C-V）和电荷收集效率（CCE）的测量。因此，对于一个新的准确的体损伤模型的开发和验证，我们使用I-V，C-V和CCE测量垫二极管内的CMS-HPK活动和数据，最近用24 GeV/C质子辐照的样品。为了确定辐射损伤参数，我们利用Synopsys TCAD的“优化器”，它允许最小化测量和模拟的I-V，C-V和CCE之间的差异。这种优化的结果，汉堡五阱模型（HPTM），提供了一个一致的和准确的描述二极管的测量与质子辐照的通量范围从3 $\cdot$ 10 $^{14}$ n $_{eq}$ /cm $^2$到1.3 $\cdot$ 10 $^{16}$ n $_{eq}$ /cm $^2$。
2019-04-23 physics.ins-det
Simulation and hit reconstruction of irradiated pixel sensors for the CMS experiment
本文通过对像素传感器辐照损伤的详细仿真，研究了辐射损伤对位置确定的影响，并对命中重建算法进行了优化。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。模拟结果表明，当辐照能量密度为$5.9\times10^{14}$ n $_{\rm{eq}}/$ cm $^2$时，沿CMS $r-ϕ$平面的位置分辨率低于15 $μ$ m。此外，我们表明，在位置确定的系统误差可以大大减少通过应用$η$校正。
2005-12-05 physics.ins-det
Studies of irradiated AMS H35 CMOS detectors for the ATLAS tracker upgrade
基于HV-CMOS技术的硅探测器正在被研究作为高亮度LHC的ATLAS像素探测器外层的可能候选者。在此框架下，H35 Demo ASIC采用350 nm AMS技术（H35）生产。H35 Demo芯片具有大面积（$18.49 \times 24.40 \, \mathrm{mm^2}$），包括四种不同的像素矩阵和三种测试结构。本文利用边缘TCT技术研究了测试结构的抗辐射性能，特别是耗尽区随注量的变化。从不同的衬底电阻率的芯片上的测试结构的测量显示为非辐照和辐照器件高达$2 \cdot 10^{15} \, \mathrm{1\,MeV\, n_{eq} / cm^{2}}$的累积能量密度。
2017-01-09 hep-ex physics.ins-det
Simulation of Heavily Irradiated Silicon Pixel Detectors
我们表明，双峰电场是必要的，以描述掠角电荷收集测量的辐照硅像素传感器。基于两个电荷状态相反的缺陷能级和载流子的俘获的辐照硅模型可以被调整，以产生在0.5 × 10 ^{14} Neq/cm ^2至5.9 × 10 ^{14} Neq/cm ^2的通量范围内测量的电荷收集分布的良好描述。该模型正确地预测了温度从-10 ℃变化到-25 ℃时曲线的变化。所测量的电荷收集分布与基于均匀有效掺杂密度的通常描述所预测的线性变化的电场不一致。这一观察结果对使用有效掺杂密度来表征辐照硅的做法提出了质疑。该模型现在被用于校准CMS的像素命中重建算法。
2006-05-24 physics.ins-det
Charge Collection Efficiency Simulations of Irradiated Silicon Strip Detectors
在CERN世界上最大的粒子物理加速器LHC计划进行的高亮度升级期间，安装在CMS实验顶点和跟踪部分的位置敏感硅探测器将面临比现有系统设计更强的辐射环境。因此，为了将跟踪器升级到所需的性能水平，已经进行了全面的测量和模拟研究。通过监测辐照硅探测器的电荷收集效率（CCE），可以获得辐照硅探测器性能的基本信息。从CCE随注量的演变，可以直接观察辐射感生缺陷对探测器收集通过穿越最小电离粒子（mip）产生的载流子的能力的影响。本文给出了辐照硅条探测器条间CCE和CCE损耗的数值模拟。基于Synopsys Sentaurus TCAD框架的模拟在辐照之前和之后针对n-on-p传感器进行高达$1.5\times10^{15}$ $\textrm{n}_{\textrm{eq}}$ cm $^{-2}$的注量。质子辐照模拟采用二能级和非均匀三能级缺陷模型，中子辐照模拟采用二能级模型。的结果一起提出的测量条探测器照射不同的粒子和注量，并显示出相当大的一致性CCE及其位置依赖性。
2014-11-25 hep-ex physics.ins-det
Results on Proton-Irradiated 3D Pixel Sensors Interconnected to RD53A Readout ASIC
测试光束的结果与三维像素传感器凸点键合到RD 53 A原型读出ASIC的报告。FBK（意大利）和IMB-CNM（西班牙）的传感器在质子辐照前后进行了测试，质子辐照的当量通量约为$1$ $\times$ $10^{16}$ $\text{n}_{\text{eq}}$ cm $^{-2}$（1 MeV当量中子）。这是第一次将单个收集电极细间距3D传感器照射到这样的注量凸点结合到细间距ASIC。对所收集数据的初步分析表明，在高能质子辐照后，所测试传感器的命中检测效率没有下降，这证明了3D像素传感器具有优异的辐射耐受性。因此，它们将是HL-LHC实验最内层极端辐射环境的优秀候选者。
2019-08-29 physics.ins-det
Signal height in silicon pixel detectors irradiated with pions and protons
像素探测器用于大型强子对撞机（LHC）多用途实验的最里面部分，因此暴露在电离辐射的最高通量下，这部分探测器主要由带电π介子组成。探测器的辐射硬度已经过彻底测试，达到了LHC预期的能量密度。在大型强子对撞机升级的情况下，注量将高得多，目前还不清楚目前的像素技术可以使用哪些半径。为了建立这样的限制，一个CMS像素读出芯片（PSI46V2.1）大小的像素传感器已经被凸点键合，并在PSI下用高达6 E14 Neq/cm ^2的正π介子和高达5E 15 Neq/cm ^2的质子进行辐照。传感器取自CMS桶像素检测器的生产晶片。他们使用n型DOFZ材料，电阻约为3.7kOhm cm，n侧读出。由于硅传感器的性能受到捕获的限制，因此研究了对Sr-90源的响应。高能β粒子代表了最小电离粒子的良好近似。偏置依赖性的信号在很宽的能量密度范围内。
2009-01-22 hep-ex physics.ins-det
Effects of swift heavy ions irradiation parameters on optical properties of muscovite mica
在HIRFL中，用Sn、Bi、Nd等快重离子辐照了25 μm厚的白云母片。注量范围为1 $\times$ 10^{10}离子/cm ^2至8 $\times$ 10^{11}离子/cm ^2。电子能量损失（dE/dx）e从14.7keV/nm增加到31.2keV/nm。利用紫外-可见光谱分析了辐照前后云母的带隙和Urbach能.随着（dE/dx）_e的增大，由干涉现象引起的吸收光谱中长波长的周期性条纹受到干扰。这表明云母的四面体-四面体-四面体（TOT）层之间的化学键被破坏。因此，辐照后光滑表面裂开。随着（dE/dx）_e和注量的增加，带隙变窄。随着（dE/dx）_e和注量的增加，Urbach能量值逐渐增加。结果表明，随着（dE/dx）_e和辐照剂量的增加，云母中的缺陷数量和非晶结构比例增加。能量密度对云母的光学性质有着非常重要的影响。
2014-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Performance of neutron-irradiated 4H-Silicon Carbide diodes subjected to Alpha radiation
4 H-SiC（4 H-silicon-carbide）独特的电学和材料性能使其成为高速率粒子探测器的候选材料。与普遍使用的硅（Si）相比，4 H-SiC提供更高的载流子饱和速度和更大的击穿电压，从而实现高的本征时间分辨率并减轻堆积效应。此外，随着辐射硬度要求越来越高，4 H-SiC等宽带隙材料可以提供更好的性能。在这项工作中，50微米厚的4 H-SiC p-in-n平面垫传感器的探测器性能在室温下进行了研究，使用241 Am α源，反向偏压高达1100 V。为了量化4 H-SiC的辐射硬度特性，研究中包括了接受中子辐照的样品，中子通量高达1 e16/cm^2。所获得的结果进行了比较，以前进行的UV-TCT研究。样品表现出的电荷收集效率（CCE）的下降，随着照射能量密度的增加，部分补偿在高反向偏置电压远高于完全耗尽电压。根据未辐照参考探测器的α粒子穿透体积的耗尽，观察到收集的电荷的平台。对于中子辐照的样品，这样的平台只有在较高的反向偏压下才变得明显。对于最高的研究通量，CCE的行为几乎与反向偏置增加线性。与UV-TCT测量相比，耗尽覆盖全部能量沉积的敏感体积所需的反向偏压较低，这是由于α粒子的穿透深度小。在最高反向偏压下，测得的CCE值与早期的UV-TCT研究一致，差异在1%和5%之间。
2022-12-09 physics.ins-det
Inter-pad dead regions of irradiated FBK Low Gain Avalanche Detectors
低增益雪崩探测器（LGAD）是一种具有高掺杂增益层的薄硅探测器。由Fondazione Bruno Kessler（FBK）制造的LGAD在中子辐照前后进行了测试。在本研究中，使用TCT激光系统测量焊盘间距离（IPD），定义为焊盘之间距离的宽度。使用来自90 Sr源的$β$粒子调谐激光器的响应。这些不敏感的“死区”是由保护结构产生的，以避免击穿，连接端接扩展（JTE），它将焊盘分开。研究了\fluence{1.5}{15}和\fluence{2.5}{15}的中子辐射损伤对IPD的影响。将这些距离与供应商给出的标称距离进行比较，发现更高的通量对应于标称IPD的更好匹配。
2022-09-19 hep-ex 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
Radiation hardness of small-pitch 3D pixel sensors up to HL-LHC fluences
正在为HL-LHC跟踪器升级开发新一代3D硅像素探测器，其像素尺寸为50 $\times$ 50和25 $\times$ 100 $μ$ m $^{2}$。在束流试验中研究了这种探测器在辐照到高达$1.4\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$的注量后的辐射硬度。在此能量密度下，仅需100 V的工作电压即可实现97%的命中效率，在-25 $^{\circ}$ C下的功耗为13 mW/cm $^2$，远低于前几代3D传感器和平面传感器。
2017-07-04 hep-ex physics.ins-det
A double junction model of irradiated silicon pixel sensors for LHC
在本文中，我们讨论了在辐照硅像素传感器的电荷收集的测量和详细的模拟比较。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。建模证明，由两个缺陷水平产生的双峰电场是必要的，以描述的数据，并排除基于受体缺陷均匀分布在整个传感器块的描述。此外，通过比较在几个注量和偏置电压下的测量和模拟分布，建立了陷阱浓度对注量的依赖关系。
2005-06-30 hep-ex physics.ins-det
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。
2018-01-22 physics.ins-det
Determination of the electric field in highly-irradiated silicon sensors using edge-TCT measurements
提出了一种方法，它允许获得的位置相关的电场和电荷密度的拟合速度剖面从边缘TCT数据从硅条探测器。通过对非辐照$n^+p$传感器的模拟和对非辐照$n^+p$条形探测器的边缘TCT数据的分析，研究了该方法的有效性和局限性。然后，该方法被用来确定的位置相关的电场和电荷密度在$n^+p$条探测器由反应堆中子照射到1和$10 \times 10^{15}$厘米$^{-2}$之间的能量密度为正向偏置电压25 V和高达550 V之间和反向偏置电压50 V和800 V之间。在所有情况下的速度分布得到很好的描述。确定的电场和电荷密度提供了定量的见解，反应堆中子对硅传感器的辐射损伤的影响。
2019-09-11 physics.ins-det
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。
2017-10-26 physics.ins-det
10 ps timing with highly irradiated 3D trench silicon pixel sensors
在本文中，三维沟槽硅像素传感器的光束测试表征活动的结果。在10 ps的顺序的时间分辨率进行了测量，为非辐照和辐照传感器高达$2.5 \cdot 10^{16}\,1\,MeV\, n_{eq}\,cm^{-2}$的注量。这一特性和接近$99\%$的探测效率使该传感器成为高能物理实验中4D跟踪探测器的最佳候选者之一。
2022-11-08 hep-ex 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
Performance of neutron and proton irradiated AC-LGAD sensors
本文表征了中子和质子辐照至不同注量的条状和像素AC-LGAD传感器，服务于EIC的ePIC探测器TOF层研发，评估其性能以应对实验寿命期内的辐照环境。
2025-03-24 hep-ex physics.ins-det
Effect of Temperature and Charged Particle Fluence on the Resistivity of Polycrystalline CVD Diamond Sensors
研究了多晶化学气相沉积金刚石传感器在高亮度大型强子对撞机环境中暴露于相关注量的样品中的电阻率。我们测量了在800 MeV质子辐照的样品上的一系列偏置电压下的漏电流，最高可达1.6 \times 10^{16} p/cm ^2。在洛斯阿拉莫斯国家实验室的LANSCE的质子束，被施加到照射样品。在-10 ^\circC至+20 ^\circC范围内提取器件的电阻率。
2013-10-09 hep-ex physics.ins-det
Signal and noise of Diamond Pixel Detectors at High Radiation Fluences
CVD金刚石由于其大的带隙和强的晶格结构而具有很强的抗辐射性，是LHC顶点探测器的一种有吸引力的材料选择。特别地，在相互作用点附近操作的像素检测器受益于金刚石的微小漏电流和小像素电容，从而与硅相比具有低噪声系数。另一方面，来自穿越高能粒子的电荷信号在金刚石中比在硅中小约2.2倍。因此，在超过10 $^{15}$ n $_{eq}$ cm $^{-2}$的注量下，与硅相比，定量测定金刚石的信噪比（S/N）是重要的，这是LHC升级所期望的。基于对辐照金刚石传感器的测量和FE-I4像素读出芯片的设计，我们确定了高粒子注量辐照金刚石像素探测器的信号和噪声。为了表征辐射损伤对材料和信号降低的影响，将载流子的平均自由程$λ_{e/h}$的变化确定为辐射通量的函数。我们利用为ATLAS升级开发的FE-I4像素芯片来实际估计预期的噪声系数：给定通量下的预期漏电流来自校准计算，像素电容使用专门开发的芯片（PixCap）测量。我们比较所得的S/N数字与平面硅像素探测器使用公布的电荷损失测量和相同的外推方法，为金刚石。它示出，预期的S/N的金刚石像素探测器与像素间距典型的LHC，超过平面硅像素在超过10 $^{15}$粒子cm $^{-2}$的注量，确切的值仅取决于最大的操作电压假设为辐照硅像素探测器。
2012-08-13 cond-mat.mtrl-sci hep-ex physics.ins-det
First Annealing Studies of Irradiated Silicon Sensors with Modified ATLAS Pixel Implantations
在多特蒙德设计了基于IBL像素传感器的具有修改的n $^+$注入形状的平面硅像素传感器。像素尺寸为$250\,μ$ m $\times$ $50\,μ$ m的传感器采用n $^+$ -in-n传感器技术制造。电荷收集效率应该随着由不同的n $^+$注入形状产生的电场强度最大值而提高。因此，可以在较低的偏置电压下实现较高的粒子探测效率。将修改的像素设计和IBL标准设计放置在一个传感器上以测试和比较设计。该传感器可以通过FE-I4读出芯片读出。在iWoRiD 2018上，分别在不同的设施上对质子和中子辐照的传感器进行了测量，并显示出不一致的结果。照射过程中的意外退火被认为是两个中子照射传感器的命中检测效率的观察到的差异的解释。这一假设将在这项工作中进行检查和确认，提出了第一次退火研究的传感器照射中子在卢布尔雅那。
2019-10-09 hep-ex physics.ins-det
Mapping the in-plane electric field inside irradiated diodes
ATLAS探测器第二阶段升级的一个重要方面是用ATLAS内部跟踪器（ITk）替换当前的内部探测器。ATLAS ITk是一种全硅探测器，由像素跟踪器和条带跟踪器组成。ITk条带跟踪器的传感器已经开发出来，以承受欧洲核子研究中心大型强子对撞机高亮度升级后ATLAS探测器中的高辐射环境，这将显着增加粒子碰撞和产生粒子轨迹的速率。在ATLAS探测器中运行期间，ITk条带跟踪器的传感器预计会累积高达1.6 x 10^15 n_eq/cm ^2的注量（包括安全系数1.5），这将显著影响其性能。高辐射传感器的一个感兴趣的特性是其有效区域内的电场的形状和均匀性。对于本文所示的结果，具有与全尺寸ATLAS传感器相似的边缘结构的二极管被辐照至与ATLAS ITk条带跟踪器中的通量相当的通量，并且使用微聚焦X射线束（束直径2 × 3 μm^2）绘制其电场。这项研究表明，在一个范围内的偏置电压的高度辐照二极管内的电场的延伸和形状。此外，耗尽的传感器区域的轮廓的测量允许将针对不同注量的测量的漏电流与针对对应的有源区域的期望进行比较。
2021-03-29 hep-ex physics.ins-det
A Method to Simulate the Observed Surface Properties of Proton Irradiated Silicon Strip Sensors
在CERN世界上最大的粒子物理加速器LHC计划进行的高亮度升级期间，安装在CMS实验顶点和跟踪部分的位置敏感硅探测器将面临比现有系统设计更强的辐射环境。为了将跟踪器升级到所需的性能水平，已经进行了广泛的测量和模拟研究。利用Synopsys Sentaurus TCAD模拟软件包中的缺陷模型对质子辐照器件的体特性进行了模拟，模拟结果与硅条探测器的测量结果吻合较好。然而，由于通量增加的表面损伤，该模型没有提供预期的行为。该解决方案需要一种方法，该方法不影响质子模型产生的准确的本体性质，而只是在表面附近增加所需的辐射诱导性质。这些包括所观察到的条带检测器的电荷收集效率（CCE）的位置依赖性。在本文中，一个程序来找到一个缺陷模型，再现正确的CCE损失，以及其他表面性能的条探测器的注量$1.5\times10^{15}$ 1兆电子伏n $_{\textrm{eq}}$ cm $^{-2}$，将被提出。当在不同的注量与CCE损耗测量应用时，该方法可以提供用于参数化的氧化物电荷的积累在SiO2/Si界面作为剂量的函数的手段。
2015-03-10 hep-ex physics.ins-det
Radiation hardness of small-pitch 3D pixel sensors up to a fluence of $3\times10^{16}$ n$_{\mathrm{eq}}$/cm$^2$
小间距3D硅像素探测器已被研究作为HL-LHC像素探测器升级的最内层的抗辐射候选者。CNM Barcelona已经生产了连接到现有ATLAS FE-I4读出芯片的像素尺寸为50 $\times$ 50和25 $\times$ 100 $μ$ m $^{2}$的原型3D传感器。在卡尔斯鲁厄和欧洲核子研究中心进行了高达$3\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$粒子注量的辐照，超过了寿命结束时预期的全部HL-LHC注量。50 $\times$ 50 $μ$ m $^{2}$器件的性能已在CERN SPS的实验室和束流测试中进行了测量。在最高注量下，获得了较高的电荷收集率和98%的命中效率。发现在垂直束入射下达到97%的目标效率的偏置电压在$1.4\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$下为约100 V，在$2.8\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$下为150 V，显著低于具有较大电极间距离的先前IBL 3D代和平面传感器。发现在-25的$^{\circ}$ C和$1.4\times10^{16}$ n $_{\mathrm{eq}}$ /cm $^2$下的功率耗散为13 mW/cm $^2$。因此，3D像素探测器表现出优越的辐射硬度，并被选为ATLAS…
2018-09-17 hep-ex physics.ins-det
Study of Particle Fluence Effects on Collected Charge and Depletion Voltage of the ATLAS IBL Planar Pixel Sensors
EUROPEAN ORGANISATION FOR NUCLEAR RESEARCH (CERN)（欧洲核子研究组织（CERN））
该研究针对ATLAS IBL平面像素传感器，分析其在LHC运行十年后受粒子注量影响的电荷收集与耗尽电压变化，结合TCAD和ATLAS蒙特卡罗模拟开展相关研究。
2026-05-06 hep-ex physics.ins-det
Investigation of low gain avalanche detectors exposed to proton fluences beyond 10$^{15}$ n$_\mathrm{eq}$cm$^{-2}$
本研究通过质子辐照实验，评估了LGADs在超过10$^{15}$ n$_\text{eq}$cm$^{-2}$通量下的性能，测量了增益层受主移除常数、时间分辨率及电荷收集随损伤的演变，验证了其在高亮度LHC环境下的适用性。
2023-12-28 hep-ex 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
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
Performance of Thin Planar \textit{n-on-p} silicon pixels after HL-LHC radiation fluences
大型强子对撞机（LHC）实验之一ATLAS的跟踪探测器将在2024-2026年进行升级，以应对高亮度LHC（HL-LHC）具有挑战性的环境条件。LPNHE与FBK和INFN合作，生产了130 μ m厚的$μ$硅像素传感器，该传感器可以承受HL- LHC预期的大粒子注量，同时以优异的命中效率高速率传输数据。这种传感器进行了测试之前和之后的照射在欧洲粒子物理研究所和DESY的束流，和它们的性能本文介绍。束流测试数据表明，这些探测器适用于未来ATLAS跟踪器中预见的平面传感器的所有层：对于注量$Φ\lesssim 7\times10^{15}\rm{n_{eq}/cm^2}$，命中效率大于97\%，并且模块功耗在规定的限制内。在注量为$Φ= 1.3\times10^{16}\rm{n_{eq}/cm^2}$时，命中效率仍高达88%，电荷收集效率约为30%.
2019-09-05 hep-ex physics.ins-det
A measurement of Lorentz Angle of radiation-hard Pixel Sensors
为满足大型强子对撞机要求而开发的硅像素探测器在欧洲核子研究中心的ATLAS合作框架下进行了光束测试。讨论了辐照和未辐照传感器在磁场中的实验行为。给出了这些传感器在不同工作条件下洛仑兹角的测量结果。本文提出了一个计算辐照前后硅中电荷漂移的简单模型。模型预测和实验结果之间的良好协议。
2000-12-20 physics.ins-det
Performance of Irradiated RD53A 3D Pixel Sensors
在LHC的ATLAS实验将取代其目前的内部跟踪系统的HL-LHC时代。3D硅像素传感器被认为是新的全硅基跟踪探测器最内层的抗辐射候选者。与HL-LHC的第一个原型ASIC（RD 53 A芯片）兼容的具有小像素尺寸的$\mathrm{50 \times 50~μm^{2}}$和$\mathrm{25 \times 100~μm^{2}}$的3D传感器在均匀照射到$\mathrm{5 \times 10^{15}~n_{eq}/cm^{2}}$之后在束流测试中进行了研究。仅需要50 V的操作电压就可以在此注量之后实现97%的命中效率。
2019-03-22 hep-ex physics.ins-det
Observation of Charge Enhancement in forward-biased neutron-irradiated 4H-SiC PiN Detectors in UV-TCT Measurements
本研究利用UV-TCT探究不同辐照剂量下4H-SiC p-in-n探测器的电荷收集特性，发现正向偏置下存在与注入电荷空间分布、注入速率相关的过量电荷收集现象，为辐照SiC探测器的准确表征提供参考。
2024-12-09 physics.ins-det
Evaluation of 3D pixel silicon sensors for the CMS Phase-2 Inner Tracker
本文评估CMS二期内部径迹探测器用3D像素硅传感器，经辐照至1e16和1.6e16 n_eq/cm²后，探测效率仍高于96%，满足CMS要求。
2025-10-15 physics.ins-det
On the weighting field and admittance of irradiated Si-sensors
本文研究了24 GeV/c质子辐照下，在$Φ_{\rm eq} = 3$ ~ $13\times 10^{15}$ cm $^{-2}$范围内的加权场$E_W$和n个$^+$ p垫传感器导纳Y的频率依赖性。1-D TCad模拟用于计算$E_W$。对于$Φ_{\rm eq} < 10^{13}$ cm，$^{-2}$ $E_W$取决于位置和时间。然而，对于较高的$Φ_{\rm eq}$，时间常数$τ$比典型的电子读出时间和$E_W = 1/d$（$d$ =传感器厚度）长得多。结果表明，硅体电阻率随辐照的增加是PDMATHAMT增加的原因。在-20 $^\circ$ C和-30 $^\circ$ C下，测量了频率在f = 100 Hz和1 MHz之间、电压在1 V和1000 V之间的辐照垫传感器的导纳Y。对于f < 1 kHz，并联电容C $_p$显示f依赖性。具有位置依赖电阻率的模型能够描述数据。得出结论：1.高度辐照的传感器的加权场与辐照前完全耗尽的传感器的加权场相同。2.具有位置依赖性电阻率的模型描述了辐照传感器的C $_p$的频率依赖性。
2019-11-28 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
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。
2017-01-18 physics.ins-det
Observation, modeling, and temperature dependence of doubly peaked electric fields in irradiated silicon pixel sensors
我们表明，双峰电场是必要的，以描述掠角电荷收集测量的辐照硅像素传感器。基于两个电荷状态相反的缺陷能级和载流子的俘获的辐照硅模型可以被调整，以产生在0.5 × 10 ^{14} Neq/cm ^2至5.9 × 10 ^{14} Neq/cm ^2的通量范围内测量的电荷收集分布的良好描述。该模型正确地预测了温度从-10 ℃变化到-25 ℃时曲线的变化。所测量的电荷收集分布与基于均匀有效掺杂密度的通常描述所预测的线性变化的电场不一致。这一观察结果对使用有效掺杂密度来表征辐照硅的做法提出了质疑。
2006-01-05 hep-ex physics.ins-det
