Conveners
Session 3 (New structures,new detector technologies)
- 向明 孙
- 承心 赵
基于高压CMOS工艺的单片集成像素传感器，通过在信号收集极和高阻衬底(>1kΩ·cm)之间施加高压偏置(> -50V)，可获得数十微米甚至上百微米厚的耗尽区，与标准CMOS工艺相比，被证明具有更好的信号时间响应特性和抗辐照特性。...
原初宇宙线原子核携带了宇宙线起源、加速及在银河系传播的重要信息，是宇宙线、暗物质及反物质等基础研究前沿之一，也是日地空间辐射环境研究与监测的重要对象，对其精确的径迹测量和种类鉴别具有重要的科学与应用意义。我们面向空间实验宇宙线原子核高精度的 测量需求，基于半导体商业化0.18um CMOS工艺，研制了一款单片全功能硅像素传感器芯片。该芯片片上搭载定制化的高精度抗饱和像素阵列及其扫描电路，列端高精度单放大与数模转换电路以及数据压缩电路等，所实现的高线性度，大动态范围像素信息读出能够较好的满足宇宙线原子核电荷与径迹探测的需求。该传感器芯片通过约50μm的像素大小，预计实现十微米左右的单点空间分辨；利用硅对带电粒子优异的电离能损探测性能，通过10-bit ADC精度，预计实现对Z=1（氢）至Z=28（镍）以上原子核的鉴别。
相比于传统的平面型硅探测器，三维硅探测器可以提供更高的抗辐照性能和更高的时间分辨率。在最近的二十多年里，国内外的研究团队基于不同的设计指标，提出了诸多新型的结构设计。在实际应用中，三维硅探测器已成功地用于高能物理领域，如ATLAS实验。近年来，我们团队也开始致力于新型三维硅像素探测器的研制，包括探测器的仿真设计和器件加工。通过半导体器件仿真软件Sentaurus...
提出了一种双面正交条电极结构的平面位置灵敏高纯锗探测器设计。探测器以直径40高15的p型高纯锗晶体制作，采用非晶锗镀层作为电子与空穴的阻挡接触，两端面以热阻蒸镀实现正交电极条和保护环电极。利用Geant4、Maxwell、Garfield++ 等模拟软件搭建了仿真平台，分析认为探测器预期具备亚毫米级三维位置分辨能力，同时可工作于高计数率实验环境。该设计的相应工艺技术已得到验证，且单面多条电极平面位置灵敏探测器原型机已研制成功。本设计的探测器原型机正在研制中，预期能应用于三维定位、径迹重建、高计数率研究等其他兼需高能量分辨率的实际场景中。
The AC-coupled Low-Gain Avalanche Detectors (AC-LGAD) are designed as detectors with a 100% fill factor for high precision 4D-tracking. They have been studied and researched by many institutes, including BNL, FBK, and HPK, among others. AC-LGAD can be used for the construction of time-track detectors in collider experiments such as CEPC. The Institute of High Energy Physics (IHEP) has also...
基于4H-SiC的中子探测器以其体积小巧、时间响应快、n/γ分辨高等优势受到广泛关注。但受限于探测效率低下这一瓶颈，此类探测器的应用推广受到制约。本文通过对高效率4H-SiC中子探测器的关键问题研究，明确探测器沟槽参数对中子探测效率的影响规律；掌握高深宽比SiC刻蚀技术，刻蚀深度超过50μm，深宽比＞5；掌握基于液相离心法的6LiF粉末填充技术，并最终完成SiC微结构中子探测器的样机研制。经测试，中子探测效率达到3.28%。本文阐述的研究成果能够满足大型核科学装置对高效率中子探测器的迫切需求，在航天飞行器以及核电监控等领域同样具有广阔的应用前景。
碳化硅作为一种典型的宽禁带半导体，具有适合的禁带宽度，可以在保证器件小漏电流的同时保持足够小的电子-空穴对产生能，实现高灵敏度的辐射探测；同时基于其位移能大和迁移率高的优势，碳化硅辐射探测器又具有耐高温、抗辐照的优势；再结合其小型化的优势。碳化硅半导体尤其适合制备便携式α粒子探测器，在空间载荷、核科学设备、环境探测仪器等领域具有潜在的应用前景。通常为了保证对空间发散的α粒子的高效探测，探测器的面积一般在毫米甚至厘米量级才能满足实用需求。但是，由于目前碳化硅材料的缺陷水平依然较高，当器件尺寸达到毫米量级以上时，器件暗电流较大且极易击穿。
为优化碳化硅辐射探测器的肖特基和欧姆接触性能，降低器件暗电流。我们基于MIS结构碳化硅辐射探测器，设计了一种金属电极/石墨烯/碳化硅的电极优化结构，利用石墨烯能带可调特性，增强了反向电压下的界面势垒，从而有效降低了暗电流；通过石墨烯/碳化硅异质结界面...
同步辐射装置是重要的多学科研究平台，探测器技术则是决定同步辐射装置性能发挥程度和运行效率质量的关键因素。硅漂移探测器（Silicon Drift Detector,...
摘要： 为了满足环形正负电子对撞机（CEPC）顶点探测器对极高空间和时间分辨率的要求，CPV-4芯片采用了先进的3D-SOI像素工艺。该工艺通过将数字芯片与模拟芯片垂直堆叠成3D结构，显著减小了像素尺寸和功耗，从而有效提升了空间分辨率。芯片的下层集成了传感器和模拟前端，而上层则负责处理击中信息的存储和读出，同时采用事例驱动的AERD结构以提升时间分辨率。鉴于3D-SOI工艺制作的复杂性，我们开发了一套基于IPbus协议的灵活且可靠的数据获取系统，确保精确验证芯片的功能和性能。该系统不仅支持3D-SOI芯片设计和制造过程的验证，也适用于其他复杂像素芯片的测试与评估。利用测试系统，我们对单独的上层逻辑芯片及整体CPV-4 3D芯片进行了全方位的功能测试，验证了3D工艺的可行性。同时，测试结果为CPV-4以及3D工艺中潜在的问题提供了诊断分析和改进的依据。
Abstract:...
高压 CMOS 像素探测器基于普通 CMOS 像素探测器基础上发展而来，高压作用下带电粒子产生的信号主要通过漂移运动被收集，使得探测器具有更快的收集速度，更高的抗辐射能力。BCPS 芯片基于 SMIC 180 nm 高压工艺，芯片尺寸$5mm*5mm$，像素尺寸$50um*50um$,设计了新型的大收集极结构（$35um*35um$），面积约占像素的 50%，进一步扩大耗尽层的深度与宽度。像素收集极内集成电荷灵敏前置放大器、整形器、甄别器（动态及静态）、锁存器，分别对收集的电荷进行放大、甄别、锁存等处理。
目前对 BCPS 芯片的 diode 收集极进行了初步测试，数据表示本芯片的收集极具有良好的PN 结特性，且反向耐压可高达-50V，基于此将继续开展测试新型收集极结构的电荷收集特性和耐辐射特性。详细的设计及测试细节将在报告中说明。
空间软X射线（0.5-10 keV，对应波长范围0.124-2.48nm）单光子雪崩探测器主要采用单光子计数技术，具有光子能量分辨率和时间分辨率高，响应速度快，灵敏度高以及抗辐射性能好等优点，能够准确标记X 射线单光子到达时间，从而提高空间X射线探测器性能，推动空间天文研究、X 射线脉冲星导航、空间 X...
单体大质量高纯锗探测器在稀有事例探测实验和低本底谱仪应用中可发挥重要作用。本研究介绍国产自主研发的1.5kg级反向同轴高纯锗探测器，其具备低电容、良好的波形甄别能力，满足上述应用需求。本研究提出了一种利用模拟数据训练卷积神经网络，甄别单点和多点事例的方法，成功应用于该探测器。相较于传统的A/E甄别方法，该方法无需过多人工干预，且能够达到与A/E相当的甄别效果。
在高亮度对撞环境下，未来的粒子物理实验将面临前所未有的空间兼时间上的高堆积率和高本底率。例如，在 HL-LHC 上，质子质子对撞的平均堆积水平（pile-up）将达到 200，是 LHC 上的三倍多。通过联合的高精度位置和时间测量信息对堆积的物理信号和本底信号进行精确“拆分”，是未来高亮度对撞机实验的谱仪系统的关键技术之一。例如，在 HL-LHC 阶段，ATLAS...
