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oe1(光电查) - 科学论文

21 条数据
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  • 辐照后ams H18高压CMOS像素传感器原型的测试束流结果

    摘要： 高压CMOS像素传感器是ATLAS实验在LHC上升级追踪器以及未来需要大面积安装耐辐射硅像素传感器的追踪应用的理想选择。我们展示了采用ams H18高压CMOS工艺制造的第四代电容耦合像素探测器（CCPDv4）的束流测试结果，这些探测器经不同粒子（反应堆中子和18 MeV质子）辐照至1×10^14至5×10^15 1-MeV-neq/cm^2注量。传感器与ATLAS FE-I4像素读出芯片粘合后，在CERN SPS H8束流线上使用FE-I4束流望远镜进行测量。所有注量下的测试结果都令人鼓舞：在85V偏压下，所有击中效率均优于97%。其中辐照至1×10^15 neq/cm^2注量（该数值对升级追踪器的大部分区域具有参考意义）的样品显示出99.7%的平均击中效率。这些结果强有力地证明了高压CMOS传感器的耐辐射性能，及其作为高亮度LHC升级实验和未来高辐射环境中大面积硅基追踪探测器的适用性。

    关键词： 粒子径迹探测器（固态探测器）、固态探测器、抗辐射探测器、电子探测器读出概念（固态）

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 具有薄倍增区的砷化镓/铝镓砷雪崩光电二极管的增益与噪声

    摘要： 本文将围绕基于砷化镓/铝砷化镓分离吸收区与倍增区（SAM-APD）的雪崩光电二极管，从电容特性、光响应（增益与噪声）及时间响应三个方面展开讨论。该结构通过分子束外延技术制备，采用碳掺杂的δp层实现倍增区与吸收区的分离。其中吸收区厚度决定了器件的探测效率与时间分辨率，从而可针对特定科学应用进行定制化设计。在倍增区中，通过交替生长铝含量递增的纳米级铝砷化镓与砷化镓薄层形成周期性带隙调制，这种阶梯状结构既能调控带隙宽度，又可提供明确的电荷倍增机制。相较于单一材料构成的p-i-n二极管，此类阶梯异质结能增强电子倍增效应，理论上还能降低空穴倍增相关噪声的影响，从而实现整体噪声的降低。本文第一部分重点分析生长结构的电学特性及其与模拟结果的对比，并将报道利用可见光至硬X射线光子开展的增益与噪声测量数据，这些结果将与专为阶梯型APD开发的非局域历史依赖模型计算结果进行比对。

    关键词： X射线探测器，固态探测器，雪崩诱导的次级效应

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 光谱原型DEPFET探测器的可实现噪声性能

    摘要： 在为雅典娜卫星广域成像仪（WFI）研发探测器的过程中，新一代光谱X射线DEPFET探测器已研制成功。通过开发相应的测试算法，这些器件可用于详细分析噪声构成。分析结果区分了构成总噪声的不同成分，特别是确定了散粒噪声、白噪声和1/f噪声对读出噪声的贡献，以及由载流子产生导致的信号噪声。由此获得的参数化模型能够根据特定需求调整和优化工作模式。所研究的原型探测器包含64×64像素的线性栅极设计，在-80°C温度下以卷帘快门模式运行时，其读出速度超过10微秒/像素，实现了低于1.6电子等效噪声电荷（e?ENC）的优异性能。这种性能得益于延长的信号积分时间。但由于载流子产生导致的信号噪声，进一步降低噪声受到限制。为展示DEPFET晶体管的低噪声特性，研究团队调整测量条件后测得0.95 e?ENC的噪声值——该结果以牺牲传感器尺寸（仅采用窗口模式运行部分传感器区域）和动态范围（使用约1.49 keV的铝Kα线进行校准）为代价获得。

    关键词： 成像光谱学、固态探测器、仪器噪声、X射线探测器和望远镜

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 采用窗口模式的高帧率光谱DEPFET探测器

    摘要： 一种采用DEPFET（耗尽型P沟道场效应晶体管）像素阵列的有源像素传感器，能实现高度灵活的运行模式，并可根据科学仪器目标的具体需求调整传感器设计。若要达到微秒量级的极高时间分辨率，则需对所有像素进行全并行读出，每个读出节点都必须单独连接至读出电子学系统。此外，为保持良好的光谱性能，在每个像素中集成存储功能可避免读出过程中发生的事件产生影响，防止产生错误的能量信息——这类事件的能量会被误测且无法通过后续分析修正。目前基于内置存储功能的DEPFET有源像素传感器（支持全并行读出架构）已投入生产，未来可供测试使用。另外，有源像素传感器具备窗口（感兴趣区域）读出模式的能力，这使得我们能够研究配备/未配备存储功能的DEPFET器件在100kHz量级高帧率下的表现。

    关键词： 成像光谱学、固态探测器、X射线探测器和望远镜

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 一种双层单片堆叠的CMOS有源像素传感器，用于测量带电粒子方向

    摘要： 在这项工作中，我们提出了一种基于CMOS有源像素传感器（APS）层的创新粒子追踪方法。这些传感器层以单片集成方式构建于全功能一体化芯片中，通过多层堆叠的完整探测器层，利用多层层间撞击点坐标即可在单一探测器内实现动量测量（粒子方向）。由于每层可薄至数十微米，整个系统将成为极低物质量的探测器，从而显著减少多次散射问题。为实现该探测器，我们依托130纳米特许/泰扎伦CMOS垂直尺度集成（3D-IC）技术能力，采用硅通孔（TSV）连接将两个包含传感区域与控制/信号处理电路的完整功能CMOS APS矩阵探测器集成于单片器件中。该探测器能精确估算电离粒子的撞击点及其入射角度。首批芯片原型的两批产品已通过质子等粒子束进行表征测试，证实了单套多层3D垂直堆叠APS CMOS探测器在粒子方向测量方面的适用性。

    关键词： 粒子径迹探测器（固态探测器）、超大规模集成电路

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 前侧偏置CMOS像素传感器中耗尽深度的研究

    摘要： 基于半导体的探测器中敏感体积的耗尽是实现高性能的关键，例如在高辐射环境下进行带电粒子探测和X射线能谱分析时就需要这一特性。PIPPER-2是一款CMOS像素传感器，其架构特点在于无需工艺改动即可从电子学侧的前端（阴极）施加pn结反向偏压。我们在两种不同高阻衬底上制备的传感器原型上施加了最高45V的偏置电压：一种是薄外延层（1kΩ·cm），另一种是40μm厚的体衬底（600Ω·cm）。通过简化解析模型和3D-TCAD模拟计算预测了偏置电压下耗尽深度的变化情况，并将这些预期结果与采用两种X射线能量照射PIPPER-2的测量数据进行对比。我们得出结论：前端偏置方法可实现薄外延层的完全耗??；而体衬底的耗尽深度约为一半，但仍能检测到全深度范围内的X射线。

    关键词： X射线探测器，粒子径迹探测器（固态探测器）

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 用于放射治疗中精确质量保证的多晶碲化镉剂量计的开发和评估

    摘要： 为确保放射治疗的质量保证，临床使用多种剂量计，包括电离室、放射胶片、热释光剂量计（TLD）和半导体剂量计。其中半导体剂量计因其灵敏度更高且体积更小，特别适用于体内剂量测量或半影区等高剂量梯度区域。本研究开发并评估了碲锌镉（CdTe）剂量计——这类具有高量子效率和电荷收集效率的半导体剂量计最具应用前景。根据制备工艺不同，CdTe剂量计分为单晶型和多晶型两种。虽然两类CdTe剂量计均有市售，但仅多晶型适合用作辐射剂量计，因其受体积效应和能量依赖性影响较小。 为研发多晶CdTe剂量计，我们通过热蒸发法制备多晶CdTe薄膜，再采用射频溅射技术在薄膜表面沉积CdTeO?薄氧化层以改善载流子输运特性并降低漏电流。该CdTeO?钝化层还能减少辐射损伤导致的重复使用灵敏度变化。最终采用In/Ti（顶部）和Pt（底部）电极形成肖特基接触。随后通过直线加速器（LINAC）高能光子束，测量了响应一致性、剂量线性、剂量率依赖性、重复性及百分深度剂量等电学特性来评估多晶CdTe剂量计。此外，我们将本研究的剂量计实验数据与放疗常规剂量测量系统中广泛使用的硅二极管剂量计及指形电离室进行了对比。

    关键词： X射线探测器、剂量学概念与设备、固态探测器、固态探测器材料

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 利用径向和轴向X射线诊断技术对ECR等离子体进行表征

    摘要： 本工作展示了简单镜面对称陷阱中产生的等离子体随磁场分布变化的X射线特性。采用Si-Pin探测器测量了6.83 GHz下轴向和径向的暖电子群特性，同时利用超纯锗（HpGe）探测器测量了轴向发射的热电子。结果表明X射线辐射不均匀，其均匀性和温度强烈依赖于磁场分布，尤其是Bmin/BECR比值。

    关键词： 离子源（正离子、负离子、电子回旋共振（ECR）、电子束离子源（EBIS））、固态探测器、X射线探测器

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 经过改良ATLAS像素植入的辐照硅传感器实验室与测试束流结果

    摘要： 在多特蒙德，采用改进的n+注入工艺设计并生产了平面硅像素传感器，其技术基础为n+-in-n传感器结构。这些新设计的基准布局源自IBL平面硅像素传感器（间距250微米×50微米）。不同形状的注入区旨在通过增强电场强度峰值来提升辐照后的电荷收集效率，从而提高粒子探测效能。为测试和比较不同像素设计，将改进型像素与标准IBL设计集成于同一传感器上，该传感器可通过FE-I4芯片进行读出。经质子与中子分别辐照后，通过实验室测试与束流测试对多块传感器的性能进行了评估。实验室结果表明所有传感器辐照后均保持完整功能，而束流测试显示：与卢布尔雅那中子辐照或欧洲核子研究中心质子同步加速器辐照相比，桑迪亚中子辐照至相同注量水平的传感器呈现出不同测试结果。

    关键词： 粒子径迹探测器（固态探测器）、抗辐射探测器、粒子径迹探测器、固态探测器

    更新于2025-09-23 15:21:21

  • Timepix探测器对重带电粒子的动态范围和分辨能力

    摘要： 对Timepix探测器在宽能量范围和多方向入射的强（即穿透性）重带电粒子探测中的光谱响应与粒子径迹追踪性能进行了研究。本研究旨在评估该探测器对接近最小电离能区的粒子（特别是高能质子）的分辨能力，重点考察了重带电粒子至关重要的单像素能量响应范围。该工作补充并拓展了当前针对多种粒子类型、能量（能量损失）及入射方向条件下探测器响应特性与分辨能力的分析任务，通过扩展优化基于多重自由度的事件甄别方法，结合簇形态参数分析以及光谱响应、径迹追踪和线性能量转移（LET）、簇高度与路径长度比值等关联衍生量，实现了分辨率提升与事件分类。

    关键词： 粒子径迹探测器（固态探测器）、dE/dx探测器、像素化探测器及配套超大规模集成电路电子学系统、重离子探测器

    更新于2025-09-23 15:21:01