第四届半导体辐射探测器研讨会

23 May 2024, 00:00 → 26 May 2024, 23:59 Asia/Shanghai

山东省青岛市

王, 萌

      “半导体辐射探测器研讨会”是由核探测与核电子学国家重点实验室发起并主办的系列学术会议。第四届将于2024年5月23-26日在山东省青岛市崂山区海天金融中心酒店举行，由山东大学承办。半导体辐射探测器广泛应用于高能物理、核物理和光子科学等领域，并且随着半导体探测器和电子学技术的不断发展，性能日益提高，应用不断拓展，包括航天、先进材料、新能源、医疗、安检、食品检测以及核辐射检测等领域。近年来，国家在探测器研发上加大投入力度，同时相关科研单位不断投入科研力量，国内半导体探测器研制水平也在不断提高。此次研讨会将主要针对半导体辐射探测器及相关电子学前沿发展，为半导体辐射探测器领域同仁提供学术交流平台，增进相互间的技术交流与合作，进一步提高我国半导体辐射探测器技术在国际上的地位。

     研讨会会期4天，全部为大会报告。5月23日全天报到，5月26日离会。食宿统一安排，费用自理。特邀报告时长20+5分钟，其他大会报告时长10+3分钟。

主要议题包括:
· 半导体辐射探测器技术 
· 半导体辐射探测器读出电子学 
· 半导体辐射探测器应用 
· 半导体探测材料与器件
· 大科学装置半导体探测器系统

本地组织委员会(字母顺序)：
冯存峰（山东大学）
胡坤（山东大学）
刘栋（山东大学）
任祥祥（山东大学）
王萌（主席 山东大学）
张亮（山东大学）
祝成光（山东大学）

组织委员会（字母顺序）：
郭建华  (中国科学院紫金山天文台)
韩德俊  (北京师范大学)
李玉兰  (清华大学)
李正      (鲁东大学)
刘树彬  (中国科学技术大学）
刘衍文  (中国科学技术大学)
欧阳群 （中国科学院高能物理研究所）
孙向明（华中师范大学）
王萌   （主席 山东大学）
魏微   （中国科学院高能物理研究所）
徐来林  (中国科学技术大学）
徐亚东（西北工业大学）
朱宏博（浙江大学）
赵承心（中国科学院近代物理研究所）

秘书:
张兰（lanzhang@sdu.edu.cn）
宋澳东（adsong@mail.sdu.edu.cn)

会议合影

Thursday 23 May

08:00 08：00-20：00 海天金融中心酒店 全天签到

17:30 17：30-21：00 晚餐

Friday 24 May

Session 1 (Electronics)

Conveners: 张, 亮, 魏, 微

08:15 开幕致辞

1 （特邀报告）半导体辐射探测器前端读出电子学的前沿技术及发展趋势

(特邀报告)半导体辐射探测器前端读出电子学的前沿技术及发展趋势

Speaker: 高, 武 (西北工业大学)

01_W.Gao_Detector_FEE_20240523.pdf

2 应用于STCF内径迹探测器的MAPS芯片设计

MAPS作为STCF内径迹探测器的选择方案之一，在满足位置分辨的同时，还要求具有高定时精度、低功耗以及电荷测量功能。目前正基于不同的工艺和方案开展设计中，其中在TowerJazz 180 nm工艺下，通过大尺寸传感器单元设计来减少读出电路规模，以降低数字功耗。芯片的像素单元内包含放大甄别、时间戳锁存、优先级读出等电路，外围电路功能包含击中信息的读出、校准、汇总、缓存、组帧、编码和高速串行化等。仿真结果显示，阈值电荷为309 e-，ENC为11.4 e-，芯片总功耗小于60 mW/cm²，满足设计要求。另外在GSMC130 nm工艺下，采用小尺寸传感器单元，通过对多个像素单元（超级像素）甄别器输出错位做”或”并编码的方式合并读出通道，并基于超级像素进行数据读出，从而降低数字功耗。同时，超级像素内集成500 MHz起停型VCO以大幅提高时间测量精度。仿真结果表明，阈值电荷为154 e-，ENC为5.1 e-，芯片总功耗仍小于60 mW/cm²。

Speaker: 宣, 东薇 (中国科学技术大学)

3 三维位置灵敏CZT探测器读出电子学设计

碲锌镉（CdZnTe）探测器能够在室温工作条件下工作、具有良好的能量分辨率，被广泛应用核安全成像相关的诸多领域。三维位置灵敏CZT探测器可以通过作用深度校正获得更高能量分辨，同时获得多个作用点的位置信息，适用于要求高能量分辨、位置分辨的康普顿散射成像，实现对放射源的定位。 报告介绍基于自研专用集成电路芯片（ASIC）的三维位置灵敏CZT探测器读出电子学系统的研制，首先对122通道测试样机的前端读出电子学、数据采集电子学和控制逻辑等部分进行介绍，并介绍系统的性能测试结果，比较不同深度灵敏技术的能量校正算法的校正结果，介绍成像实验的初步结果。还介绍了484通道CZT探测器阵列读出电子学的研究进展。

Speaker: 廖, 浩龙 (Institute of high energy physics, CAS)

三维位置灵敏CZT读出电子学.pdf

4 Timepix4像素探测器读出电子学研究进展及应用

Timepix4作为Medipix4合作组推出的新一代事例型像素探测器读出芯片的代表，在多个领域有重要的应用潜力。由于其能够同时对位置、时间和能量同时进行极高精度的测量，所产生的数据量最高能达到160Gbps每芯片。针对这一挑战和一些潜在的应用场景，本报告将介绍用于高速中子成像领域的单模块和四模块Timepix4像素探测器读出电子学的研究进展，主要包括所面临的挑战、所采用的方案和一些初步的测试结果、以及未来的研究计划等。同时将介绍面向未来进行阵列化拼接时所将面临的海量实验数据这一挑战，预期进行的一些研究

Speaker: Liu, Hongbin (中国科学院高能物理研究所)

2024.05.24.青岛.高速中子与X射线像素探测器研制进展 - 公开.pdf

5 基于一阶 DSM 的大动态范围 SiPM 读出电路

兰州重离子加速器是我国目前能量最高、规模最大的重离子研究装置。低温高密核物质谱仪位于装置外围，其内部包含各种探测器，其中的零角度量能器用硅光电倍增管将光信号转化为电信号。传统的读出电路很难兼顾大动态范围、高速和高精度，为了解决这个问题，本文提出了基于一阶Delta Sigma调制的自动增益调节SiPM读出电路。SiPM产生的脉冲宽度为10 ns，如果不采用慢成型电路直接对信号进行采样，至少需要500 M采样率的ADC，会消耗较大的功耗。该设计采用了前端自动增益放大电路，且将一阶DSM电路设计为类似TOT测量技术的电路, 自动增益放大器输出的能量信息在积分器中进行线性积分，能量通过比较器和一阶DAC的反馈进行线性放电，系统的输出为与输入线性相关的脉宽信息。脉宽信息由TDC进行测量，TDC采用环形游标结构。该设计在180 nm CMOS工艺完成，实现了动态范围为160 fC-160 pC的电荷信号的实时读出，该电路增益调节动态范围为-6 dB-20 dB，在动态范围内非线性误差小于1.8%，TDC动态范围约为860 ns，LSB为20 ps，在读出范围内测量误差小于1.9个LSB，符合量能器中读出电路的需求。

Speaker: Deng, YunQi (Cental China Normal University)

基于一阶DSM的SiPM读出电路-邓云起.pdf

6 HERD硅微条探测器束流实验读出电子学的研制

高能宇宙辐射探测设施（High Energy Radiation Detection facility，HERD）是中国空间站未来重要的探测试验设施，以高灵敏度探测器检测高能伽马射线，间接搜寻暗物质。硅电荷探测器(Silicon Charge Detector，SCD)作为主要的载荷之一，能够实现对重核粒子的探测。SCD总计约有50万条读出通道，为满足束流实验需要，设计了一种能够满足大量读出的前端扇出电子学系统（FFE），包括前端读出电子学系统，后端数据处理与控制系统。本设计采用IDEAS公司的高度集成的ASIC芯片IDE1140作为前端的读出芯片，使用FPGA作为后端数据采集与处理的核心芯片。SCD共需24个FFE模块，一个FFE模块可以读出20480个硅微条数据，共有64个12位串行输出的ADC，使用RS422总线与载荷控制端进行遥控遥测指令的通信与触发的接收，使用八路并行LVDS传输科学数据，信号采集与数据处理的死时间约是1ms。为验证前端扇出电子学系统方案与探测器电荷信号分配理论，设计了束流实验样机，该样机参与欧洲原子能中心（CERN）的重核束流实验。

主作者

Speaker: 刘, 楦 (高能物理研究所)

青岛核电子学报告_Lxuan.pptx

7 基于FPGA的可重构ADC设计方法

我们提出了一种基于多链内插技术的FPGA-ADC设计方法。这种ADC在硬件上，只需要FPGA和一个滤波电阻。滤波电阻和FPGA的管脚寄生电容构成了RC滤波，将输出的标准时钟信号滤波成一个类三角波，其作为参考波形与输入的模拟信号作比较。近似地，比较后的数字信号宽度正比于模拟信号的采样幅度。数字信号经过FPGA-TDC进行量化，得到ADC输出码。这种ADC地采样率可以任意设置，在报告中，我们将给出了100M和200M采样下的ADC动态性能。利用FPGA丰富的资源，这种设计方法很容易根据不同的实验设置不同的采用率，比商用ADC更加灵活和节省功耗。
除此之外，我们用两个高时间分辨的PET探测器单元，搭建了符合测量系统。利用我们所设计的FPGA-ADC对阳极输出信号进行全波形采样，得到了500 ps左右的符合时间分辨和10%左右的能量分辨率。

Speaker: 胡, 坤 (SDU)

基于FPGA的可重构ADC设计方法.pptx

8 基于CZT探测器的128通道能量时间前端读出ASIC设计

碲锌镉（CZT）探测器具有能量分辨率高、响应速度快、可室温下使用等优点，广泛应用于核安全防护、核素识别、核医学成像等领域。然而，空穴在碲锌镉晶体中的寿命较短，造成能谱展宽等问题。除此外，粒子在晶体中会发生康普顿效应，尤其是高能量粒子导致的康普顿时间增多，从而造成能量分辨率下降、峰康比减小等问题。可以通过一定的算法利用CZT探测器阳极和阴极的能量以及粒子感应信号到达时间来识别康普顿事件和修正测试能量值，从而能够提高探测器的能量分辨率。
为了满足像素型CZT探测器的成像和能谱测量需求，能够同时测量入射粒子的能量和时间信息，本次报告将介绍一款128个阳极通道和2个阴极通道的前端读出ASIC芯片。要实现在单通道中同时进行能量和时间的测量，如果采用时间通道和能量通道分开的传统信号处理链路方式，将大幅增加电路面积和功耗。为了解决该问题，我们设计了一种基于峰保电路的时间检测电路，无需采用快成形器，减小了单通道的面积和功耗。产生时间触发信号后，送入通道内集成的TDC电路在片上实现数字化。该TDC采用基于DLL的两级结构。DLL负责产生多相时钟，粗量化采用计数器实现，这两个模块为通道共享，从而减小面积和功耗。细量化在各个通道内实现。芯片内包含一个后端数据处理模块，主要完成时间信息和被击中通道地址的编码、峰保复位等控制信号的生成、输出数据包拼接、并串转换等功能。能量峰保信号通过一个128选一多路选择器输出到管脚。为了提高通道一致性，设计了一个通道级DAC电路用于生成甄别器的基准电压。芯片的数字输出采用LVDS接口，寄存器配置采用SPI接口。
本次报告的芯片采用0.18 μm标准商用CMOS工艺设计并流片。芯片面积约为2.6mm×6.6mm，功耗约为2.5mW/Channel，可探测电荷范围为30fC，电荷电压转换增益为21mV/fC，非线性误差为3.9%。测得Am-241主峰分辨率为6.7%。目前该芯片正在测试中，更多测试结果将在报告中给出。

Speaker: 王, 佳 (西北工业大学)

王佳半导体辐射探测器会议2024.pdf

9 基于正六边形像素的智能化CMOS像素探测器探索

CMOS像素探测器（CPS）已经广泛应用于高能物理实验设备，包括STAR实验、ALICE实验等。CPS方案也是国际直线对撞机（International Linear Collider, ILC）顶点探测器方案的有力竞争者。在ILC中，大量来自背景束带电粒子在CPS中形成额外命中，增加了探测器系统的输出数据量。 研究团队拟通过研发集成专用人工神经网络的智能化CMOS像素探测器ASIC芯片，实现背景束粒子命中的标记和片上筛除，完成海量数据的压缩，降低探测器系统的数据量。研究团队开发了基于列级/像素级ADC架构的Clustering算法、片上Cluster特征提取算法等。考虑到六边形像素几何结构在相邻像素数目、时间分辨率等方面的优势，研究团队同步开展六边形像素几何结构的设计研究。

Speaker: 赵, 瑞光 (西北工业大学)

10:29 茶歇与合影

10 用于 VLAST 硅微条探测器的低功耗大动态范围读出 ASIC

甚大面积伽马射线空间望远镜(Very Large Area gamma-ray Space Telescope, VLAST)的主要科学目标包括暗物质粒子间接探测、高能时域天文、宇宙线物理、宇宙物理学和基本物理规律检验。VLAST计划使用硅微条探测器（silicon strip detector，SSD）构建径迹及低能伽马探测器（Silicon Tracker and low Energy gamma-ray Detector，STED）来收集从高能伽马光子转换而来的电子空穴对。 一个STED阵列由8大超层组成，包括8个CsI探测层和16个硅微条探测大层，具有344064个通道。 每个硅微条通道都有约 100pF 的大等效电容。 SiReadout是一款用于VLAST硅微条探测器的16通道、超低功耗、低噪声、大动态范围前端读出专用集成电路。每个通道主要由电荷灵敏放大器、极性选择电路、脉冲成形电路、峰值检测和保持电路以及电压甄别器组成。芯片的输入电荷动态范围是$\pm$200fC，功耗小于270μW/通道，室温下，典型正电荷输入的等效噪声电荷是465e- + 3.1e-/pF，线性误差小于1%。SiReadout的性能证明它满足VLAST的需求。

Speaker: Dr 陈, 刚 (中国科学院近代物理研究所)

11 HERD硅径迹仪单元读出电子学研制

高能宇宙辐射探测设施（HERD）的硅径迹仪(Silicon TracK简称STK)的主要任务是实现对高能宇宙线的高精度径迹测量以及对高能伽马射线的转换和方向测量，是实现伽马射线点源高灵敏度观测的重要探测器。STK由7大层14小层，共约12.9平方米的硅微条探测器组成，使用多片ASIC芯片读出。当前阶段正在准备开展电性件的设计与研制。

Speaker: 张, 镇 (中国科学院高能物理研究所)

HERD硅径迹仪单元读出电子学研制-gongk20240521(1).pptx

12 面向自由电子激光的像素探测器读出芯片HYLITE200F及其原型前端模块的性能测试

上海硬X射线自由电子激光（SHINE, Shanghai HIgh repetition rate XFEL aNd Extreme light facility）是我国首台工作在硬X射线波段的自由电子激光装置。STARLIGHT(SemiconducTor Array detectoR with Large dynamIc ranGe and cHarge in Tegrating readout) 是一种针对SHINE的探测器需求研发的电荷积分型像素探测器，未来将部署在 SHINE 的多个实验站上。STARLIGHT前端模块中的读出芯片为HYLITE（High dYmamic range free electron Laser Imaging deTEctor）。该芯片将实现连续模式下12 kHz的读出帧率。HYLITE上的每个像素都采用了动态增益技术，可在三种增益模式之间自动切换，在12 keV光子能量下，具有高达1000光子的动态范围。像素内集成了独立的ADC，可实现全芯片并行的模数转换。

HYLITE200F 是 HYLITE 的第一个全尺寸芯片，采用 CMOS 130 nm 工艺实现，像素尺寸为 200 μm × 200 μm，像素阵列大小为 64 × 64。此外，HYLITE200F还采用了倒装焊工艺来连接4片ASIC和一片传感器，组成了一个小尺寸的前端测试模块。

本文将展示 HYLITE200F 单芯片性能以及小尺寸模块的测试结果。测试结果表明，HYLITE200F 芯片的增益具有良好的均匀性。同时，当入射光子的能量为12 keV，芯片输入动态范围为1~10000光子时，非线性度小于3 %。芯片具有单光子灵敏度，信噪比为 6.5。在连续读出模式下， HYLITE200F的帧刷新率为6.3 kHz。目前，测试模块已经在X射线管的照射下成功完成了成像实验。

Speaker: Jia, Xining (上海科技大学)

面向自由电子激光的像素探测器读出芯片HYLITE200F及其原型前端模块的性能测试.pdf

13 半导体探测器单通道读出芯片CPRE_1CH 的研制和应用

CPRE_1CH是为辐射探测器信号读出设计的一款通用读出芯片，是CPRE系列芯片的单通道版本。芯片包含电荷灵敏前置放大器，滤波成形电路（主放），峰值探测保持电路，适合于Si-PIN，CZT等无倍增效应的输出空穴或电子的半导体探测器。在最新一代的CPRE10_1CH_PRO芯片中，标准14mW功耗下噪声性能为80e+13e/pF。前放、成形或峰保可以单独或联合使用，输出采用了驱动能力强的AB类推挽式输出结构，可驱动片外20pF以上电容，并达到3.5V以上的动态范围。可配置极零相消和基线恢复功能提高计数率。调整偏置电流可进一步压低噪声，或降低功耗供便携式仪器使用。

Speaker: 王, 科 (中国科学院高能物理研究所)

半导体探测器单通道读出芯片_王科.pdf

14 用于高精度时间探测器（SiPM&LGAD）的前端电路研究进展

硅光电倍增管（Silicon Photo-Multiplier，SiPM）探测器具有光子探测效率高、体积小、工作电压低、对磁场不敏感等优势，故常被应用在高能物理实验、医学成像等领域。由于SiPM探测器的增益较大（输出电流可达毫安级）且端电容较大（~300pF），故前端读出电路需要能够处理大输入信号，且输入阻抗尽可能低以获得较好的时间性能。针对这一点我们开发了基于调节型共源共栅（Regulated Gate cascode，RGC）结构的电流模式前端读出电路，实现了对输入电流的缓冲并将探测器电容与后级电路解耦，以获得较好的时间分辨率和稳定性。仿真结果表明，读出电路功耗3.5mW，低频输入阻抗可达4.5Ω，单光子时间分辨率（Single Photo Time Resolution，SPTR）约为68ps，在探测器信号幅度约为100光子时时间分辨率优于5ps。
低增益雪崩探测器（Low Gain Avalanche Detectors，LGAD）是一种为快速检测最小电离粒子（Minimum Ionizing Particles，MIP）而开发的硅传感器，具有信噪比高、时序精确、响应速度快等优点。为了对足够小的输入信号进行高精度的时间检测，对基于反相器共源共栅结构的可调增益跨阻放大器(Transimpedance Amplifiers，TIA)的适用性进行了仿真验证。仿真结果表明：在输入电容4pF的情况下，电路-3dB带宽约为1GHz，时间抖动精度优于15ps@10fC。

Speaker: 赵, 佳垚 (西北工业大学)

用于高精度时间探测器（SiPM&LGAD）的前端电路研究进展-赵佳垚.pdf

15 应用于量能器能量读出的SHA-less Pipelined ADC设计

在粒子探测器中，量能器主要用于探测粒子的能量信息和时间信息，为了保证能量信息能够快速、准确地被读出，系统对ADC的精度、速度提出了很高要求，同时该ADC还应具有低功耗和高线性度。本文设计了一个12位40MS/s无采样保持的Pipelined ADC，采用了运放共享技术减小功耗，比较器采用了输出端去失调技术。基于180nm工艺，芯片面积为1.24mm2。测试结果表明，在电源电压为1.8V，输入信号频率为3MHz时，ADC的SFDR为76.9dB, SNDR为59.2dB, SNR为59.5dB, ENOB约为10bit，功耗约45mW。

Speaker: Mr 蒙, 振浩 (华中师范大学)

应用于量能器能量读出的SHA-less Pipelined ADC的设计.pdf

16 应用于TOF-PET的高精度时间数字转换器ASIC设计

正电子断层扫描（Positron Emission Tomography, PET）中加入飞行时间（Time-of-Flight, TOF）可以有效提高重建图像的质量。时间数字转换器（Time-to-Digital Converter, TDC）是TOF的核心器件用于测量一对光子的飞行时间差，从而缩小图像重建范围，减小无效信息计入并改善重建图像信噪比。采用内插差分环形延迟链结构在55 nm CMOS工艺上设计实现的TDC，可以同时测量脉冲的到达时间（Time of Arrival, TOA）和过阈值时间（Time over Threshold, TOT），通过仿真证明TDC 的时间分辨率为13 ps、时间测量精度小于10 ps，功耗为 24 mW/ch。该TDC可以满足高时间分辨TOF对光子的时间测量，同时也能满足未来高能物理实验对高精度时间测量的需求。TDC ASIC将于2024年7月份流片。

Speaker: Dr 张, 伟 (武汉纺织大学)

张伟_应用于TOF-PET的高精度时间数字转换器ASIC设计_20240524.pdf

张伟_应用于TOF-PET的高精度时间数字转换器ASIC设计_20240524.pptx

12:25 午餐

Session 2 (Detector systems and applications)

Conveners: 韩, 德俊, 李, 玉兰

17 （特邀报告）高时间分辨率硅探测器的研究现状与发展趋势

（特邀报告）高时间分辨率硅探测器的研究现状与发展趋势

Speaker: 梁, 志均 (高能所)

01_fast-time-v3.pdf

18 高能同步辐射光源HEPS探测器研制进展

高能同步辐射光源HEPS是我国首台第四代高能同步辐射光源，HEPS能量覆盖软X射线到高能硬X射线，最高能量达到300keV。HEPS优异的性能对探测器提出了较高的要求，在HEPS光源上希望探测器具有极高的动态范围，极低的噪声，较高的能量分辨以及时间分辨能力，以满足不同实验需求。目前，国内同步辐射光源探测器几乎全部依赖进口，高端X射线探测器国内尚无成熟产品，甚至无相关技术。在探测技术上，国内光源一直受制于国外，无法获得最先进的探测器。课题组针对目前同步辐射上常用的高端半导体探测器需求，开展了多项关键技术研究和探测器系统开发，掌握了部分探测器核心技术，并为HEPS光源研制国内首台套高端X射线探测器。报告将介绍项目组在二维像素阵列探测器、SDD能谱探测器、金刚石XBPM探测器、时间分辨探测器和硅微条探测器的进展和部分测试结果，展望同步辐射光源未来对探测器的需求。

Speaker: 李, 贞杰 (Institute of High Energy Physics,CAS)

高能同步辐射光源探测器研制进展-青岛.pptx

19 用于稀有事例探测的新型高纯锗探测器

报告介绍锦屏深地实验室开展的稀有事例探测实验中的新型高纯锗探测器研究的最新进展。包括探测器模型、电极、波形分析等内容。

Speaker: Tian, Yang (THU)

HPGe dev1 rare evt 202405.pptx

20 ATLAS HGTD 电子学进展

在HL-LHC升级后，粒子通量瞬时亮度将高达约7.5×10^34cm^-2s^-1，这将严重影响ATLAS探测器的重建和触发性能。为了应对这一挑战，ATLAS第二阶段升级项目推出了高精度时间探测器（HGTD），旨在提供轨迹时间的精确测量（<50ps），以减轻堆积对物体重建的影响。此外，由于击中数与亮度成正比，HGTD还将提供以40MHz的速率读出的瞬时亮度测量。
HGTD由8032个前端模块组成，每个模块包括两个面积约为2×2cm^2的低增益雪崩探测器（LGAD），通过倒装焊连接到两个读出芯片（ALTIROC）上，并在挠性电路板的支撑下固定在一起。这些模块在探测器圆盘的两侧交叠排列，通过挠性电路板连接到PEB。
PEB充当前端模块和探测器外系统之间的桥梁，通过低功耗传输芯片（lpGBT）和光收发器（VTRx+）和光纤为探测器外的系统提供共享数据流，并为亮度监测系统提供专用的数据流。PEB还包括供给前端模块的数字和模拟电压的12V至1.2V 电源转换器（bPOL12v），并使用lpGBT上的内部多路复用ADC监视供电电压、温度等参数。
HGTD通过对模块布局的优化，最终需要设计6种不同形状的PEB，其中PEB 1F是最复杂的PEB类型。为了验证其可行性，我们选择了PEB 1F作为首个原型。该原型采用了22层PCB结构，埋孔工艺和过孔焊盘填平等特殊工艺，以应对其复杂度。在制造过程中，4家PCB供应商先后参与PEB原型制造，我们对其产品分别进行了严格的测试和评估，选出1家作为最终的PCB批量生产供应商。
最终，PEB 1F原型成功完成了集成测试，与54个真实模块及相关组件在CERN完成了组装和联调。我们将在本报告中对探测器电子学最新进展进行汇报。

Speaker: Zhang, Jie (Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences)

HGTD电子学进展.pdf

21 Readiness of the detector assembly at USTC for ATLAS HGTD

在ATLAS谱仪的phase II升级中，将引入高颗粒度时间探测器。这一探测器采用了低增益雪崩探测器和专用集成电路组成，通过倒装焊的方式进行组装。随后，该组合体将与模块专用PCB利用点胶的方式进行固定，并通过引线键合进行自动化键合，形成探测器模块。本报告将详细介绍以下内容：利用龙门系统自动化的进行探测器模块组装，自动引线键合，利用OGP进行几何检查，利用电子学测试系统对倒装焊的连通性和前端电子学芯片进行检查，以及模块热稳定性测试。

Speaker: Li, Han (University of science and technology of China)

Readiness of the detector assembly at USTC for ATLAS HGTD.pptx

22 用于CEPC顶点探测器的单片式像素探测器原型样机的研制

高能环形正负电子对撞机（Circular Electron Positron Collider, CEPC）的顶点探测器，对于重味夸克重建与分辨至关重要。为了实现高精度的物理测量，对内层顶点探测器的物质量、空间分辨率、读出速度以及功耗等方面的性能提出了严苛的要求。为研制顶点探测器原型样机，研发团队研发一款名为TaichuPix的单片式像素探测器芯片，旨在实现优于5 微米的空间分辨率，抗总剂量辐照能力超过1 Mrad，并兼顾 CEPC 顶点探测器的最高击中率需求。TaichuPix芯片基于180 nm CMOS工艺研制，目前已经完成两版小规模原型芯片(25 mm2)和一版全尺寸原型芯片（~ 4 cm2）的设计和验证。本报告将介绍 TaichuPix芯片的设计方案和全尺寸芯片的测试结果。项目组基于全尺寸TaichuPix芯片研制了6层束流望远镜系统，并在DESY电子束流上开展了芯片的束流测试，经验证单芯片可以达到优于5微米的空间分辨率，并同时实现高于99%的探测效率。本报告还将介绍探测器模块（ladder）读出电子学的设计及测试结果。最后介绍第一版3层双面桶状顶点探测器原型样机的设计和安装，及其电子束流测试的结果。

Speaker: Zhang, Ying (Institue of High Energy Physics, CAS)

用于CEPC顶点探测器的单片式像素探测器原型样机的研制_less.pdf

23 STARLIGHT：一款面向X射线自由电子激光的高帧频电荷积分型像素阵列探测器

面探测器（或称像素阵列探测器、PAD）是先进光源（包括同步辐射装置SR和自由电子激光装置FEL）上常用的二维探测器，是散射类和成像类科学实验不可或缺的主探测器，也是基于光栅或者晶体分光类谱学实验的常用探测器。进入21世纪以来，基于光子计数读出的PAD在SR上发展迅速，极大地推动了实验方法学和科学发现的进步，典型代表如PILATUS、EIGER。但是，由于FEL的脉冲型、高亮度光子特征，SR上PAD常用的光子计数读出方式无法适用于FEL，而是只能采用电荷积分读出方式。目前国际上各大FEL都投入了大量人力、物力研发匹配各自光源特征的电荷积分型PAD。但是，相较SR上的PAD，当前FEL上的PAD仍然发展缓慢，目前还没有成熟商业产品。
本报告将介绍一款面向我国上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）需求而自主研发的电荷积分型PAD，STARLIGHT。报告的主要内容包括STARLIGHT的研究背景、科学需求、研究进展等。

Speaker: JU, Xudong (上海科技大学)

20240524_半导体辐射探测器研讨会_2024_山东青岛_鞠旭东_终稿.pptx

24 超级陶粲装置上硅像素内径迹探测器的物理设计及模拟研究

超级陶粲装置（STCF）是我国正在筹划中的下一代正负电子对撞机，其预期质心能量在2-7GeV，峰值亮度大于$\rm0.5\times10^{35} cm^{-2}\cdot s^{-1}$。单片有源像素传感器（MAPS）由于具有像素尺寸小、物质的量低等优势，被作为STCF内径迹探测器的一种可能的技术方案展开研究，简称为ITKM。结合STCF的物理目标，ITKM共设计三层，每层物质的量约0.3%$X_0$，像素尺寸大小设计为$\rm180\mu m\times30\mu m$，具备时间和能量测量能力。为了研究不同工艺下MAPS的探测性能，使用TCAD对TJ180nm、BCIS90nm和GSMC130nm三种可能工艺下的像素分别仿真得到其电容、电流信号、收集电荷量，并研究了像素尺寸参数对仿真结果的影响。基于MAPS响应的仿真结果，在STCF离线软件框架下开发了ITKM探测系统的完整模拟流程，包括探测器几何模型构建、蒙特卡洛模拟、探测器数字化、簇团重建。使用上述流程对1GeV/c的缪子进行模拟，使用数字化输出进行簇团重建，得到了探测效率、重建效率、位置分辨、时间分辨等结果。并初步研究了ITKM结合主漂移室（MDC）进行径迹重建的性能。这一模拟流程的建立为后续MAPS的像素优化以及径迹探测系统的性能优化提供了研究手段。

Speaker: 张, 睿洋 (中国科学技术大学)

超级陶粲装置上硅像素内径迹探测器的物理设计及模拟研究.pdf

25 Luminosity measurement of ATLAS with LGAD

ATLAS would have to decrease the uncertainty of the luminosity measurement of the HL-LHC from 2% to 1% to make sure the main physics goal of HL-LHC is achieved. However, the harsh radiation environment of HL-LHC throws serious challenges to the luminosity measurement. New luminosity detector should be explored. Due to the fast timing resolution and high resistance of LGAD, ATLAS plans to apply the LGAD in the luminosity measurement. According to the recent data, the LGAD shows very good linearity which is at least 10 times better in the luminosity measurement. This study is going to show the recent study of the LGAD applied in the luminosity study of the ATLAS.

Speaker: fan, yunyun (IHEP，Chinese Academy of Sciences (CN))

20240524LGAD-lumi-v2.pdf

16:09 茶歇

26 HEPS-BPIX40双阈值混合像素阵列探测器标定过程研究

本文介绍了为中国高能同步辐射源设计的混合阵列像素探测器HEPS-BPIX的升级版HEPS-BPIX40的标定过程。 该探测器由40个探测模块拼接在一起形成约6M像素阵列，实现了从测量一种能量的X射线到同时测量两种能量的X射线的关键改进。 根据新的测量要求，进行双阈值扫描，量化能量与阈值之间的关系，并进行双阈值校准。 针对双阈值的阈值微调，引入了基于LDAC特性的精确算法，研究了双阈值之间的相互影响以及芯片之间的差异。 在精准的算法下，调整芯片之间的差异，成功将坏点率降低至0.01%； 而在不调整芯片差异的情况下，坏点率只能降低到0.05%。 通过这一系列工作，HEPS-BPIX40在大规模像素数和双阈值尺度方面取得了重大进展，为高能同步辐射光源探测领域的前沿研究提供了新技术和新方法。

Speaker: 马, 雪珂 (中国科学院高能物理研究所)

双阈值像素阵列探测器的刻度校准研究.pptx

27 ATLAS硅微条径迹探测器升级进展

目前ATLAS ITk硅微条径迹探测器的升级工作正在有序的推进中。针对新出现的技术问题如模块低温噪声、传感器的热循环开裂等，合作组找到了原因并提出了解决方案。高能所作为混合板和模块的生产站点，通过了全部生产步骤的站点评估，并发展了标准操作流程，采用国内制作的工具与组件用于组装训练，为模块生产做好了准备。与此同时，中国组对模块的关键组成部件传感器和专用芯片，利用国内束线开展了系统深入的辐射效应研究，为生产流程的质量控制（QC）和质量保障（QA）工作提供了有力支持。报告将重点介绍以上工作，并简要介绍模块束流测试及桶板系统安装和联调方面的进展。

Speaker: 陆, 卫国 (高能所)

ITk升级进展_luwg.pdf

28 CdZnTe探测器在空间X/γ射线探测中的研究进展

针对目前空间X、γ射线探测对CdZnTe辐射探测器的需求，本文将简单介绍课题组在CdZnTe探测器应用于空间探测卫星载荷方面的研究进展。1）X射线时变与偏振探测卫星（XTP）背景型号中准直型X射线望远镜（要求能量范围10-100keV，4keV@59.5keV），研制完成32路CdZnTe探测器样机，采用5×5×2mm3 单平面探测器，能量分辨率为3.5keV@59.5keV，时间分辨率约为10μs；2）引力波暴高能电磁对应体全天监测器（GECAM）预研项目中载荷伽玛射线探测器（要求能量范围6 keV-2 MeV，能量分辨率<6%@662keV，计数率2000-20000 Hz），研制完成4路CdZnTe单平面探测器和ASIC的一体化封装，占空比≥70%，4路样机探测器漏电流<10nA@300V，能量分辨率<6%@59.5keV，探测下限<6keV；3）MeV伽马射线天文台（MeVGRO）中的低能量能器（要求能量范围20keV-1MeV，修正前能量分辨率<3%@662keV），研制完成2×2×1 cm3 64路像素探测器样机，得到能区为19.8keV~1.2MeV，能量分辨率为1.2%~3.3%@662 keV，61个像素优于2.5%。4）宽波段X射线偏振探测卫星（WXPT）中的康普顿散射偏振仪（要求能区6-80keV，能量分辨率<6.5%@59.5keV），研制完成偏振仪和CZT像素探测器的设计，并对探测器进行能谱性能测试。

Speaker: Dr 杜, 园园 (中国科学院高能物理研究所)

29 3维位置灵敏CdZnTe探测器空间环境辐射损伤研究

在过去几十年中，CdZnTe(CZT)探测器因其高原子序数、室温工作和出色的能量分辨率而被广泛应用于天文X射线和伽马射线探测领域，并取得了显著成就。目前，清华大学MeV Astrophysical Spectroscopic Surveyor (MASS)团队计划采用新型高性能3维位置灵敏CZT探测器作为康普顿望远镜的核心组件，用于监测天体物理过程中产生的伽马射线谱线。考虑到CZT探测器在空间环境中的辐射损伤问题，本研究提出了基于非电离能损失(NIEL)的评估方法。通过建立CZT探测器的性能退化模型，分析了不同累积质子注量对探测器性能的影响。同时，构建了CZT晶体的退火模型，以评估不同温度下的退火效果。随后在西安核技术研究所的质子加速器上，进行了100MeV质子辐射损伤实验，并分析了实验结果。研究发现，质子辐射会导致CZT探测器性能退化，但随着退火时间的延长，性能逐渐恢复。本研究为CZT探测器在空间环境下的应用提供了重要参考依据。
关键词：CZT探测器；空间环境；辐射损伤；非电离能损失；退火模型；性能退化

Speaker: 常, 昊 (清华大学)

30 大面积一维位置灵敏硅光电倍增器阵列的研究

早期，通过将SiPM阵列与闪烁晶体阵列一对一耦合的方式构建闪烁探测器，每个SiPM信号单独读出，该方法易制作大面探测器且能够提供优异特性，但空间分辨率受限于单个SiPM像素单元尺寸，且读出通道数多、电子学成本高[1]。为减少读出通道数量，研究者采用了利用电容或电阻进行电荷分配的通道复用技术，有效降低了读出通道数和电子学制作成本，但是会引入寄生参数，探测器性能的进一步提高受到限制[2]。另一种选择是采用位置灵敏(PS) SiPM，通过器件内部设计进行电荷分配并有望实现低至微单元尺寸(μm量级)的固有空间分辨率且读出通道数少[3,4]。北京师范大学新器件实验室（NDL）开发的二维（2D）盖帽电阻层（CRL）PS SiPM以外延层作为淬灭电阻，以表面的P++层作为连续电阻层实现电荷的分配与传输，与NDL的外延电阻淬灭型（EQR）SiPM制作工艺兼容，显示了良好的位置与时间分辨率特性[5]。
先前报道的单个2D CRL PS SiPM的有源区面积较小（6.14×6.14mm2），限制了实际应用范围。其有4个阳极收集雪崩电荷，信噪比是限制位置分辨率的因素之一。本研究中构建了一个4×4的1D CRL PS SiPM阵列，总面积为24.6× 24.6 mm2，采用阴极-阳极通道复用技术，仅需2个阳极和2个阴极读出通道。阴极-阳极通道复用的设计思路是将位于同一行的1D CRL PS SiPM的阴极信号串联，生成4个阴极行信号。这些信号被单独放大后输入由电阻组成的编码电路中，4个阴极行信号简化到2个。通过分析这两个信号，可以确定哪一行产生了雪崩信号，得到入射光信号的一维粗略位置信息。每个1D CRL PS SiPM像素单元有2个平行阳极电极，我们根据其相对位置，将两个电极命名为上电极和下电极，将每行内的所有上电极信号并联输出为一个阳极行信号，下电极信号同理并联输出为另一个阳极行信号，共生成8个行信号。这些行信号被单独放大，然后对所有上电极的阳极行信号进行并联输出，下部电极信号亦同。最终，将8个阳极行信号简化为2个。根据1D CRL PS SiPM这两个阳极行信号电荷分配原理，可以精确计算出雪崩信号相对于上电极和下电极的一维相对位置信息。结合阴极一维粗略位置信息，最终可以精确获得雪崩信号的一维绝对位置信息。
通过采用阳极-阴极信号复用配置，有效地将读出通道数量从32减少到4，同时保持足够高的位置和时间分辨率。在平均响应光电子数(MPEN)约130和反向偏压32 V的条件下，位置测量误差(PME)为54.8 ± 38.3 μm，占单个CRL PS SiPM器件边长的0.9%；位置分辨率(PR)为392.9 ± 58.3 μm，时间分辨率为205.3 ± 22.3 ps。通过在闪烁体阵列的两端设置2个平行电极正交的1D CRL PS SiPM阵列，提出了一种新型的三维闪烁探测器设计，该设计能够精确获取光子作用点的三维位置坐标，为未来高分辨率闪烁成像探测器的发展提供了新的可能性。
关键词：本征连续盖帽电阻层；位置灵敏SiPM, 阴极阳极通道复用；闪烁成像探测器

REFERENCES
[1] K. J. Hong, Y. Choi, J. H. Kang, W. Hu, and J. H. Jung et al., "Development of pet using 4 × 4 array of large size geiger-mode avalanche photodiode," in 2009 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC), IEEE, Orlando, FL, USA, 2009, pp. 3032-3037.
[2] D. Stratos, G. Maria, F. Eleftherios, and L. George, "Comparison of three resistor network division circuits for the readout of 4×4 pixel sipm arrays," Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, vol. 702, pp. 121-125, 2013, 10.1016/j.nima.2012.08.006.
[3] E. B. Johnson, C. J. Stapels, M. Mcclish, S. Mukhopadhyay, and P. Linsay et al., "New developments for cmos sspms," in 2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, Dresden, Germany, 2008, pp. 1516-1522.
[4] A. Gola, A. Ferri, A. Tarolli, N. Zorzi, and C. Piemonte, "A novel approach to position-sensitive silicon photomultipliers: first results," in 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC), Seoul, Korea (South), 2013, pp. 1-4.
[5] Y. Peng, W. Lv, L. Dai, T. Zhao, and K. Liang et al., "A square-bordered position-sensitive silicon photomultiplier toward distortion-free performance with high spatial resolution," Ieee Electron Device Letters, vol. 41, no. 12, pp. 1802-1805, 2020, 10.1109/LED.2020.3033046.

Speaker: 邵, 洋 (北京师范大学)

31 高能量分辨率的硅微条探测器研究

传统的硅微条是由半导体集成电路技术制备而成；为了摆脱对高端集成电路设备和技术的依赖，我们创新地发展了基于肖特基原理和技术的改性硅微条。通过选用合适的高功函数金属以及处理方式，制备出基于肖特基势垒的硅微条。测试表明，硅微条的能量分辨率达到了0.5%。硅微条的抗辐照性能优秀。

Speakers: 李, 星 (中国科学院微电子研究所), 贾, 锐 (中国科学院微电子研究所)

32 基于先进硅像素芯片集成电路单粒子效应精准定位平台的研制

在轨卫星上使用了大量的集成电路，但是由于其所处的特殊空间辐射环境，重离子、高能质子等射线击中集成电路，会导致集成电路出现单粒子效应。对于研究人员，我们非常关心集成电路单粒子效应的发生概率以及单粒子敏感点，从而针对性提高其抗辐射能力。为了提高单粒子效应的效率和准确性，提高航空航天集成电路的研发进程，我们基于先进硅像素芯片提出了一套用于单粒子效应高效率微米级定位的装置，名字叫Hibeam-SEE，该装置能够精确定位束流中的每个引发单粒子效应的重离子在被测集成电路上的击中位置。Hibeam-SEE系统包含三个部分，重离子定位系统，单粒子检测系统，在线粒子定位算法。重离子定位系统能够实时定位束流中每个粒子的径迹，通过外部触发信号进行数据读出。单粒子检测系统实时检测被测器件是否发生单粒子效应，当发生单粒子效应时，需要为重离子定位系统提供触发信号。粒子定位算法将重离子定位系统读出的数据进行图像重建，并检测图像中的粒子径迹，通过径迹计算出重离子在被测器件上的击中位置。重离子定位系统经过几次迭代测试，对于激光和重离子都能实现较高的位置分辨；单粒子检测系统能够实现目前市面上常见器件的单粒子效应检测；粒子定位算法在处理单张图像超过25条径迹时，速度能达到110+fps。

Speaker: liao, jianwei (Institute of Modern Physics, CAS)

廖健巍_基于先进硅像素芯片集成电路单粒子效应精准定位平台的研制.pdf

33 （特邀报告）半导体探测器在临床医学成像的应用

（特邀报告）半导体探测器在临床医学成像的应用

Speaker: 赖, 晓春 (上海科技大学)

18:20 晚宴

Saturday 25 May

Session 3 (New structures,new detector technologies)

Conveners: 赵, 承心, 孙, 向明

34 （特邀报告）基于55nm高压CMOS工艺的像素探测器芯片研发进展

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。 当前国际主流的高压CMOS像素探测器芯片的研发仍然停留在100nm以上的工艺，采用更小的工艺节点尺寸，不仅可以直接提升当前设计在功耗、读出速度、位置分辨等方面的性能表现，更有望在像素内集成更多的晶体管和功能，为未来的设计研发带来更多的可能性。2023年8月，第一版基于55nm高压CMOS工艺的验证芯片（COFFEE2）完成设计并提交了流片。COFFEE2基于国产工艺，并具有1kΩ·cm的高阻衬底，设计包含170μm宽度的保护环，两个内含多种设计结构的像素阵列，五个二极管阵列，以及基于数字设计流程的阵列外围信号处理模块。详细的测试工作正在进行，我们将汇报主要的设计考虑和一些初步的测试结果。

Speaker: 周, 扬 (中国科学院高能物理研究所)

基于55nm高压CMOS工艺的像素径迹探测器研发进展.pdf

35 一款面向宇宙线原子核径迹及电荷精确分辨的CMOS像素传感器

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。

Speaker: 王, 晨旭 (哈尔滨工业大学（威海）)

02_A CMOS Pixel Sensor for Precise Measurement on Charge and Track of Cosmic Ray_v4(1).pdf

36 用于X射线和电子成像的混合型半导体像素探测器研制

混合型半导体像素探测器在X射线和电子显微成像等领域中有着广泛的应用前景。由于探测器和读出芯片分开，从而可以针对不同类型和能量的射线和粒子进行优化。本报告主要介绍课题组近年来在混合像素探测器方面的研制进展，包括：1）用于X射线能谱CT成像的室温半导体像素探测器技术，实现光子计数和能量积分的同时成像，计数模式下饱和输入计数率达到47.5Mcsp/mm2，积分模式下饱和输入计数率达到300Mcps/mm2以上；2）用于高帧率透射电镜成像的硅像素和金刚石像素探测器技术，实现128x128阵列，像素尺寸为150umx150um，动态达到24 bit，帧率实现100 kfps。

Speaker: 邓, 智 (清华大学)

03_用于X射线和电子成像的混合型像素探测器研制进展.pdf

37 Status of the 3D silicon sensor R&D at USTC

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 TCAD的仿真结果，我们得到了器件内部的电场分布以及电学性能曲线等。在器件加工方面，我们已经在中国科学技术大学的微纳研究与制造中心验证了深反应离子刻蚀和热扩散掺杂的可行性。在深反应离子刻蚀时，我们采用Bosch工艺对直径为5微米的圆孔和线宽为5微米的沟槽进行加工，得到了深宽比为10:1的刻蚀结果。在热扩散掺杂时，我们分别使用硼/磷固态源片对硅片进行掺杂。通过二次离子质谱仪对硼固态源片掺杂后的样品进行表征，结果表明最大掺杂浓度高于10$^{19}$ cm$^{-3}$。

Speaker: 马(Ma), 阔(Kuo) (University of Science and Technology of China)

38 双面正交条电极位置灵敏高纯锗探测器研究

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。

Speaker: 杨, 铭鑫 (清华大学)

杨铭鑫-双面位置灵敏高纯锗探测器研究.pdf

39 LGAD Based 4D Outer time-Tracker Development for CEPC

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 conducted extensive research on AC-LGAD. The pixel-type AC-LGAD sensors with a pitch of 2000 µm and AC pad of 1000 µm show spatial resolution better than 16 µm. The strip-type AC-LGAD can be fabricated with a lower than 0.2 P n+ layer dose to improve the spatial resolution, and different pad-pitch structures can also be fabricated. Testing results show that the spatial resolution can be lower than 8 µm. Strips with different pad-pitch structures have been fabricated and studied, and the results show that pad-pitch structures also affect the spatial resolution.

Speaker: Li, Meng zhao (Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences)

CEPC_TTracker_swy_v4.pdf

40 基于4H-SiC的高效率微结构中子探测器研究

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。

Speaker: 张, 莹 (中国工程物理研究院电子工程研究所)

07_基于4H-SiC的高效率微结构中子探测器研究 -张莹.pdf

41 碳化硅alpha粒子探测器研究

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/碳化硅异质结界面内建电场，促进电子-空穴对的分离，提高的探测效率；此外，石墨烯可以为界面提供了更多的碳原子，促进了界面含碳化合物的形成，将欧姆电极的退火温度从原来的880℃降低到400℃，有效控制在高温退火过程中产生的缺陷，优化器件性能。最终实现了5mm◊10mm碳化硅α粒子探测器，室温大气环境下针对239Pu粒子的能量分辨率达到3.9%。同时，我们开展了介电层的优化研究，通过插入适当厚度的二氧化硅介电层，调控器件有效电容，获得室温大气环境下针对239Pu粒子的能量分辨率达到0.55%。在此基础上，实现20mm◊20mm高灵敏碳化硅α粒子探测器，在大气常温环境下，器件最佳能量分辨率可达5%，是目前国内外报道的最佳值。器件处于16天α粒子连续辐照时，能量分辨率浮动小于3.79%，峰位浮动小于0.85%，计数率浮动小于1.02%。这种具有高能量分辨率、高稳定性、大灵敏面积的碳化硅α粒子探测器，将为碳化硅α粒子探测器的商业化应用奠定坚实的基础。

Speaker: 贾, 玉萍 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

08_第四届半导体辐射探测器研讨会-贾玉萍.pdf

42 面向先进光源需求的SDD探测器系统研发与进展

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, SDD）是一种高计数率、高能量分辨率、无需液氮冷却的探测器，近年来在同步辐射谱学实验中应用广泛。但一方面国际上的单元和多元SDD探测器商品价格高昂，另一方面随着先进光源亮度的提升，已有探测器产品的性能也不能满足实验的理想需求，因此迫切需要发展国产化高性能谱学探测系统。高能物理研究所HEPS/PAPS探测器项目组针对同步辐射未来需求开展了单元及阵列SDD探测器系统的关键技术研发，力争实现高性能SDD探测器的自主化和国产化。
项目组依托于先进光源技术研发与测试平台（PAPS）传感器及快电子学实验室搭建了谱学探测器研发与测试平台，可以实现谱学探测器的全流程测试验证。在SDD传感器方面通过设计和优化器件结构和工艺参数，开发成功8吋专用半导体制造工艺，实现单元和阵列SDD传感器的制备。经测试单元SDD传感器漏电流<0.5pA@-45℃，2x4单元阵列传感器漏电流<1nA@-45℃；研制了多通道超低噪声电荷灵敏前放ASIC，噪声达到ENC~ 5e+6e/pF@-20℃（for SDD 1us）；基于ASIC完成低温低噪声的电子学测试系统搭建，同时开展了自研传感器、ASIC及数据采集系统的联合调试，测得单元SDD探测器系统能量分辨率达到143eV@5.9keV（-45℃）,阵列SDD探测器系统能量分辨好于300eV@13.9keV（-45℃）

Speaker: Bao, Ziyu (Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences)

暴子瑜_第四届半导体探测器会议-面向先进光源需求的SDD探测器系统研发与进展1.pptx

10:34 茶歇

43 3D-SOI工艺的像素探测器芯片研发进展

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: To meet the requirements of the Circular Electron Positron Collider (CEPC) vertex detector for ultra-high spatial and temporal resolution, the CPV-4 chip adopts advanced 3D-SOI pixel technology. This technology significantly reduces pixel size and power consumption by vertically stacking the digital and analog chips into a 3D structure, thus effectively enhancing spatial resolution. The bottom layer of the chip integrates the sensor and analog front-end, while the top layer is responsible for the storage and readout of hit information, employing an event-driven AERD structure to improve temporal resolution. Given the complexity of the 3D-SOI process, we have developed a flexible and reliable data acquisition system based on the IPbus protocol to ensure accurate performance verification of the chip. The system supports not only the validation of the SOI-3D chip design and manufacturing process but is also suitable for testing and evaluating other complex pixel chips. Utilizing the test system, we have conducted extensive functional testing on the separate top-layer logic chip and the complete CPV-4 3D chip, validating the feasibility of the 3D process. The test results provide diagnostic analysis and a basis for improvement for potential issues within the CPV-4 and the 3D process.

Speakers: 卢, 云鹏 (中国科学院高能物理研究所), 郑, 炜达 (中国科学院高能物理研究所)

44 基于高压工艺的像素传感器BCPS设计及测试进展

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。

Speaker: 宋, 澳东 (山东大学)

45 空间软X射线单光子雪崩探测器

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 射线通信等诸多领域的进一步发展。空间软X射线单光子雪崩探测器能够在单个X射线光子击中时产生电子-空穴对，并通过雪崩放大效应放大信号，产生电荷增强的脉冲信号，通过精确测量电子和空穴的产生和扩散过程，可以实现对入射光子能量和时间的准确测量。本文设计了新型三维电极雪崩倍增探测器，该器件在中央位置通过掺杂梯度形成倍增区，由于空间辐照背景的影响，增益控制在50以下，本工作通过TCAD仿真研究了不同掺杂浓度等参数对探测器暗电流和增益的影响，通过优化电场分布，有效提高探测器灵敏度以及光子探测效率。同时，通过设计深宽比高的三维电极来使得偏置电压施加电极以及实现电学隔离，减小串扰并有效提高阵列的填充因子，减少“死区”比例。本文仿真了新型三维电极雪崩倍增探测器的电势、电场、空穴浓度、载流子迁移率等电学分布，以及暗电流和电容等电学参数。通过HeavyIon 模型模拟软X射线单光子入射时的器件响应电流，计算得到器件的增益，并通过与传统平面电极探测器的仿真结果对比，来考察新型器件的倍增性能。对比发现，相较于传统三维探测器，新型三维电极雪崩倍增探测器不仅具有一定的倍增效果，同时保持探测器低暗电流与低电容的性能优势，提高器件响应速度以及灵敏度，有效拓宽低能软X射线的探测下限。

Speaker: 纪, 慧敏 (中国科学院微电子研究所)

空间软X射线单光子雪崩探测器1.pdf

空间软X射线单光子雪崩探测器1.pptx

46 高纯锗探测器波形甄别的机器学习方法研究

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。

Speaker: 余, 思源 (清华大学)

47 含时间信息的粒子束流望远镜系统的模拟研究

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 将在径迹探测器端盖外侧安装基于高时间分辨的时间探测器（HGTD），利用径迹的时间信息来去掉仅利用空间信息无法区分的堆积本底。在桶部部分，人们也在探讨未来将内层硅像素探测器替换成含时间测量的4D硅像素探测器的可能性和物理潜力。

在探测器研发阶段，用于粒子径迹探测的束流望远镜是在真实环境下验证探测器原型的分辨和效率等性能的重要工具。为了避免多径迹引起的击中匹配错误，传统的束流望远镜的触发事例大多数为单径迹事例，以确保束流望远镜径迹与被测试探测器模块击中能精确匹配，但这大大影响了束流实验取数的速度。基于国际上新兴的通用径迹重建软件ACTS, 我们研究了将含有时间信息的硅像素探测器应用于束流望远镜系统以提高可处理的径迹数/事例和最终的取数速度的可能性。同时，束流望远镜系统本身作为一个径迹探测器，其在含时间测量信息下的效率、分辨等径迹重建性能的改善，也为未来对撞机上的4D径迹重建研究提供了重要参考。

本报告将简单回顾国际上常用的粒子束流望远镜系统，并介绍基于ACTS的束流望远镜系统的全模拟和径迹重建，最后着重展示在含有不同分辨的时间测量信息情况下的4D束流望远镜的径迹重建性能的改善和在多径迹情况下的稳健性。

Speaker: Zhang, Haolin

48 Test of CMOS chip using 55nm process

CEPC plans to utilize a large-area, fine-pitch, low-material, fast-readout and economic silicon-based tracker system to achieve exceptional spatial resolution. CMOS technology presents an appealing solution due to its high performance and cost-effectiveness. Compared to hybrid silicon pixel sensors, the CMOS process allows for a smaller size while guaranteeing a lower amount of material budget. It is also a potential candidate for future upgrades to other experiments, i.e., the LHCb Upstream Tracker. Unlike many CMOS processes that require modifications and enhancements to generate sufficient signal, the commercially available high resistance wafer based High Voltage CMOS (HVCMOS) is intrinsically radiation hard and has large capacitance for signal acquisition. The potentially lifting noise and power consumption of HVCMOS, compared to the small-electrode CMOS, are tolerable for large area tracker. Moreover, the HVCMOS production process has further developed in domestic foundry recently, could be customized commercially.

Speaker: 项, 治宇 (高能所)

Zhiyu_第四届半导体会议.pdf

49 半导体模拟软件RASER的开发与进展

作为自主研发的半导体仿真模拟软件，RASER可以对平面、3D结构的硅、碳化硅等半导体材料器件进行快速模拟，获得电荷收集、时间分辨等重要物理参数。最近，我们加入NGSpice电路仿真，以DEVSIM替代Fenics实现对RASER 2维、3维电场的求解以及IV、CV曲线的估计，开展strip、pixel探测器的模拟。同时完善辐照模型理论，通过对电场和俘获时间等重要参数的计算，成功实现了碳化硅平面探测器、硅微条探测器的模拟与实验对照。

Speaker: 肖, 素玉 (山东高等技术研究院)

半导体模拟软件RASER的开发与进展.pdf

12:20 午餐

Session 4 (Detector material and applications)

Conveners: 徐, 亚东, 徐, 来林

50 （特邀报告）金刚石辐射探测器和材料的制备和性能研究

（特邀报告）金刚石辐射探测器和材料的制备和性能研究

Speaker: 张, 金风 (西安电子科技大学)

51 新型SDD硅漂移X射线探测器研究

针对一定的漂移环，会发生从顶部到底部的串通(reach-through)现象；而串通现象会导致硅漂移探测器的漂移电压很难加上去。为了解决这个问题，深入研究和分析了硅漂移探测器SDD的输运机理；通过研究发现，如果采用特殊的双夹断结构，可以有效地提升漂移电压，进而提升X射线探测的器能量分辨率。通过器件的结构创新，把硅漂移探测器的能量分辨率提升到180eV以下，器件工作非常稳定。

Speaker: 贾, 锐 (中国科学院微电子研究所)

52 大尺寸CdZnTe外延单晶的制备及辐射探测性能研究

采用近空间升华法制备了直径为2英寸、厚度超过1毫米的 CdZnTe (CZT)外延单晶。为了测试大尺寸 CZT 外延单晶的均匀性，对 CZT 晶体中心部分和边缘部分的成分、晶体质量、 X 射线响应性能和载流子输运性能进行了表征。形貌图像表明，不同区域的位错密度分别为3.5 × 104cm-2和4.5 × 104cm-2。晶体质量在中心区域呈现出比边缘区域好的趋势。带隙介于1.56 eV 和1.57 eV 之间，电阻率介于5 × 109Ω cm 和6 × 109Ω cm 之间。用边缘区和中心区制备的探测器对 X 射线的灵敏度分别为276.22 μCGy-1cm-2和283.43 μCGy-1cm-2。通过对 Hecht 方程的拟合，得到边缘和中心部件的载流子寿命积分别为3.932 × 10-4cm2 V-1和4.511 × 10-4cm2 V-1。所制备的探测器对241Am@59.5 KeV γ 射线具有稳定的响应，能量分辨率可达到8.3% ，是 CZT 材料 CSS 生长所获得的最高能量分辨率，在低能探测领域具有极大的应用潜力。

Speaker: 万, 鑫 (西北工业大学)

03_大尺寸CdZnTe外延单晶的制备及辐射探测性能研究-青岛.pptx

53 高能量分辨钙钛矿半导体的晶体生长及X/γ射线探测性能研究

自2013年以来，钙钛矿半导体迅速引起了广泛的研究兴趣。虽然其开发晚于Cd(Zn)Te晶体近二十年，最近研究表明，铅基卤化物钙钛矿半导体满足高能射线探测的基本核心指标。因此，钙钛矿半导体作为当前的研究前沿和热点，有望成为新一代辐射探测材料。不同结构的钙钛矿材料不断被开发并用于辐射探测探索，总体而言，钙钛矿半导体研究仍处于起步阶段。首先，将介绍大尺寸钙钛矿单晶的制备及晶体生长等研究现状。其次，将介绍半导体器件的优化设计，结合钙钛矿辐射探测器件的工作机制，重点阐述脉冲模式中存在的器件设计制备、载流子传输和收集的发展现状和瓶颈问题，以期为该材料在核辐射探测领域的未来发展提供指导。同时，该报告也将总结钙钛矿结构材料用于核辐射探测的发展历程。

Speaker: 何, 亦辉 (苏州大学)

54 Pre-production of USTC-IME LGAD for ATLAS HGTD

低增益雪崩探测器（LGAD）是一种创新型硅传感器，具备出色的时间测量精度和抗辐照性能。其内部增益层使其具备约30皮秒的时间分辨率。我们对由中国科学技术大学与中国微电子所合作生产的LGAD样品进行了全面分析，涵盖了电流-电压（IV）特性、电容-电压（CV）特性、时间分辨率以及收集电荷的测量等重要指标。这些分析有助于合理评估生产样品的质量，并通过测试每片晶圆上的质量控制结构（QCTS），有效监控了LGAD的生产工艺和质量。

Speaker: 任, 浩泉 (中国科学技术大学)

辐射半导体.pdf

55 具有高能量分辨率的CsPbBr3钙钛矿单晶的溶液生长和器件设计

近年来，CsPbBr3单晶作为一种新型全无机金属卤化物钙钛矿材料具备合适的带隙（2.3 eV）、较大的平均原子序数以及较好的化学稳定性，在X射线/伽马射线光谱和成像领域得到广泛关注。然而，生长缺陷和器件结构影响了制备具有高辐射探测性能的CsPbBr3单晶器件。在此项工作中，我们报道了在使用逆温结晶的溶液生长方法获得的CsPbBr3单晶中的液态包裹缺陷，并通过引入强制对流消除液体了包裹体，使CsPbBr3的结晶质量得到了显著改善。基于高质量的CsPbBr3单晶，通过优化阳极接触构建了肖特基结型和MIS（Metal-insulator-semiconductor）型器件，对比了不同金属作为阳极接触并进一步引入LiF中间层进行界面优化，显著了降低器件的漏电流，并提高器件在高电场下的探测稳定性。采用Bi阳极和高离子迁移活化能的CsPbBr3晶体实现了对241Am@5.5 MeV α粒子的长时间稳定探测。针对p型CsPbBr3晶体空穴传输性能优于电子传输性能，通过实验和理论优化探测器的电极结构，改善探测器内部的权重势场和电场分布，有效提升了CsPbBr3器件的能量分辨率。单空穴收集的CsPbBr3准半球和像素探测器实现了对低能241Am@59.6 keV和中高能137Cs@662 keV γ射线11.7%和7.3%的能量分辨率。

Speaker: 白, 蕊沉 (西北工业大学)

56 4H-SiC 粒子探测器的研究潜力及其器件研发

随着5G通信、智能物联网、新能源汽车等产业的蓬勃发展，第三代半导体材料的研究被纳入我国关键战略发展重点专项。其中碳化硅作为一种功率器件材料已经进入井喷式发展，这对其整个产业链包括衬底、外延、加工、应用都起到了推动作用。在此背景下，宽禁带宽度，高击穿电场和原子位移能均提示其可能具有良好的抗辐照特性；其高饱和载流子漂移速度可以提升粒子探测器的响应速度；高热导率意味着其具有相对宽松的散热条件，可以在常温下稳定工作。因此，SiC高能粒子探测器具有非常大的潜在优势。同时SiC的电离能高于Si，导致其信号相对较小，设计一款SiC LGAD不仅可以通过低增益雪崩倍增放大信号，并且提升信噪比，从而为高能粒子探测器提供一种新的选择。通过仿真工具设计了不同厚度和掺杂浓度的4H-SiC LGAD器件，其时间分辨率可达35ps。开发国内生产线，全外延方式生长器件，流片加工，进一步提高其器件性能，提高信噪比。表征缺陷，并进一步研究缺陷对其性能的影响机制。

Speaker: 张, 希媛 (中国科学院高能物理研究所)

半导体辐射探测器研讨会-张希媛.pdf

57 辐射探测用有机复合膜的制备及性能研究

摘 要: 有机半导体材料具有低原子量、低成本、柔性和组织等效性等特点可以克服传统无机半导体X射线探测器（如非晶硅、CZT）的局限性，使其在实现可直接探测高能射线、医学诊疗、剂量监测及成像领域表现出巨大潜力。但亟需解决吸收率低的科学难题和大面积柔性制备的技术瓶颈。本研究采用空间熔融限域法制备了尺寸为15 × 18 mm2的4羟基苯甲腈（C7H5NO，4HCB）有机半导体膜；缓慢冷却（0.3 ℃/min）后得到的择优面是（002），该方向是苯环紧密堆积且缺陷更少的方向，有利于载流子传输；4HCB器件电阻率约为1012 Ω·cm，空穴迁移率为10.62 cm2·V-1·s-1；在外加偏压为100 V时，器件4HCB探测器对20 kVp的X射线束探测灵敏度高达93 μC·Gyair-1·cm-2，与商业应用α-Se探测器相当；探测到的最低X射线剂量率小于 3.48 μGyair·s-1，满足常规医学应用，并在弯曲测试中表现出良好的柔性探测能力。
此外，我们提出将高原子序数ZnO纳米颗粒嵌入有机材料中以改善有机材料对X射线较弱的吸收能力。由于4HCB的层状特性，ZnO在4HCB中呈条纹状的均匀排列在层间，保证了高度取向的4HCB/ZnO复合膜良好的传输能力（0.22 cm2·V-1·s-1）。该复合探测器的X射线灵敏度最高可达到约477 μC·Gyair-1·cm-2，在相同电场下高出本征4HCB膜器件灵敏度的20倍。灵敏度的显著提高是X射线入射到纳米颗粒后发生米氏散射带来的吸收增强，有效增加了射线的传播路径。最后，我们基于4HCB探测器搭建了X射线成像系统，证明其在低剂量（< 150 μGyair·s-1）X射线辐照下具有优异的成像能力。
关键词：有机半导体，X射线探测，米氏散射，高灵敏度，成像

Speaker: 徐, 萌 (西北工业大学)

58 The effects of irradiation on LGAD developed by IHEP

The radiation-resistant Low Gain Avalanche Detector (LGAD), with high time resolution reaching to 34 ps after neutron irradiated, satisfies the upgrade requirements for ATLAS. To verify the effects of irradiation, low-energy carbon-doped LGAD with 50 $\mu m$ epitaxy, designed by Institute of High Energy Physics (IHEP), has been irradiated with proton at the China Spallation Neutron Source (CSNS) and with neutron at the Jozef Stefan Institute (JSI) at three different doses ranging from 0.8 $\times$ 10$^{15}$n$_\rm{eq}$cm$^{-2}$ to 2.5 $\times$ 10$^{15}$n$_\rm{eq}$cm$^{-2}$. The acceptor removal rate after proton and neutron irradiation is measured at 3.14 $\times$ 10$^{-16}$cm$^2$ and 1.27 $\times$ 10$^{-16}$cm$^2$, respectively, demonstrating strong irradiation resistance of the device. Results about IV performance, collected charge and timing resolution are also studied.

Speaker: zhao, mei (中国科学院高能物理研究所)

高能所LGAD探测器_赵梅v1.pptx

16:09 茶歇

59 碲锌镉晶体材料和核辐射探测器的研究与应用进展

化合物半导体碲锌镉（CZT）晶体具有高的射线阻挡能力、高的探测效率和直接光-电信号转换的探测能力，被认为是最有前景的第三代核辐射探测器材料，在安全检查和工业检测、核医学和临床医学、核安全监控以及天文观测等领域具有广阔的应用前景。本文以CZT材料和器件为研究对象，研究了宽频谱射线作用下载流子输运过程的表观规律和微观机理，揭示了晶体结构缺陷、掺杂与杂质对载流子输运特性的影响规律；从材料成分与掺杂设计、晶体生长和退火改性等方面，提出了优化载流子输运性能的调控方法；掌握了单平面、线阵、面阵探测器制备技术，开发了包含便携式γ剂量仪、土壤CT在内的多个产品，实现了科研成果产业化，打破了国外对该领域的技术封锁，并将带动相关产业的发展。

Speaker: Dr 徐, 凌燕 (西北工业大学)

60 CdZnTe外延单晶器件制备及光子计数性能研究

光子计数检测是一种极具前途的计算机断层扫描 （CT）方法。它具有高的空间分辨率，没有电子学噪声以及可提高组织对比度等特点。CdZnTe （CZT）由于其优秀的物理性质，被公认为是实现光子计数技术的最佳材料之一。利用近空间升华法 （CSS）生长的CZT外延单晶具有生长速率快 （10μm/s），低成本并且可制备大尺寸等优点。本文研究了CZT外延单晶的器件制备以及其光子计数特性。通过改变X射线辐照剂量，CZT外延单晶探测器的光子计数率可达到2.34 Mps/channel并且未产生明显的极化现象，其光子技术率可以与CZT单晶相媲美 （2.46 Mps/channel）。并通过I-V、I-T光响应、能谱测试结果得出该探测器具有高的电阻率3.7×1010 Ω‧cm， X射线响应灵敏度249.42 μC Gy-1‧cm-2和载流子迁移率寿命积 （μτ）e 5.01×10-4 cm2/V,该结果与具有优异的光子计数特性相吻合。最后通过改变外加偏压研究对该探测器光子计数性能的影响，并揭示外加偏压可对光子计数特性起到优化作用。
关键词：CZT外延单晶；近空间升华法，X射线探测， 光子计数率

Speaker: 魏, 鹤鸣 (西北工业大学)

61 半导体辐射探测器在上海光源稀有元素线站的应用

1.上海光源稀有元素分析光束线站简介
2.半导体辐射探测器在稀有元素线站的应用

Speaker: 洪, 春霞 (中国科学院上海高等研究院)

62 基于半导体探测器的空间中子谱仪设计与测试

针对近地空间中子探测需求，我们设计了一款基于硅半导体探测器的小型中子谱仪，能够探测空间中子与高能带电粒子环境，帮助研究地球内辐射带粒子来源等科学问题。中子谱仪整机重792 g，探头包含15片硅探测器，采用高密聚乙烯作为快中子转换层利用核反冲法探测快中子；采用厚富含6Li的LiF作为热中子转换层利用核反应法探测热中子，使用Gd片隔开两片含LiF转换层的探测器，热中子通量可基于两个探测器的计数差获得。该中子谱仪经全面的地面测试和标定实验，已于2024年1月搭载“未名一号”卫星发射入轨，目前谱仪的各项指标均正常，数据正在持续积累和处理中。
未来计划在以下三方面改进以提高中子谱仪性能：1、自研新型含6Li的热中子敏感化合物半导体传感器，热中子探测效率可超过90%，团队目前已合成并封装含天然丰度Li的半导体探测器并初步测试性能；2、自研快速响应、低功耗、宽动态范围的集成前放芯片，更好地满足空间探测需要，团队已于2024年2月份提交了第一版流片；3、进一步优化探头结构，减少快中子探测本底的影响，类似结构已在“未名一号”中子谱仪上进行了初步测试。

Speaker: 韩, 晨尧 (山东大学)

第四届半导体辐射探测器研讨会_山东大学_韩晨尧_16-9_20240524.pdf

63 基于人工智能的在线径迹检测算法研究

时间投影室（TPC）是一种用于高能物理和核物理实验的粒子探测器，通常用于粒子加速器和对撞机实验以及某些天体物理学实验。它们提供精确的跟踪信息，并能够重建复杂的粒子相互作用。基于像素读出的TPC在束流精准定位等应用有广泛前景。本次报告将介绍本组面向基于硅像素探测芯片设计的TPC的粒子径迹检测的工作，基于车道线检测思路的FML和基于目标检测思路的OML。FML采用了预设槽机制的思路，通过简化判断流程来提升最终的检测速度。OML包含径迹定位和径迹拟合两个部分。处理数据时首先对帧数据进行特征提取，检测每一帧内包含的径迹数量和相应的区域。之后在检测到的径迹区域内使用重心法拟合得到最终的径迹位置信息。通过精确定位TPC探测器中每个高能粒子在空间中的精确位置，FML和OML可以将原始信息压缩为径迹在空间中某一平面的斜率和截距，从而极大提高离线存储数据的压缩比。FML和OML经过SEE实验终端的测试，可以有效满足行业需求。

Speaker: Jia, Yanhao (中国科学院近代物理研究所)

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64 视网膜算法在像素探测器芯片上做单粒子效应定位技术研究

高能粒子辐射对电子器件造成的辐射损害效应类别繁多，单粒子效应是其中主要的损害效应之一。为了精确的定位电子器件易受辐射影响的区域，对电子器件进行靶向的抗辐射加固，单粒子闩锁效应定位技术一直是抗辐射领域研究的前沿目标。为此我们提出并实现了基于Retina算法的实时寻迹算法，在二维平面空间对像素探测器探测到的直线粒子径迹做快速的实时的粒子轨迹寻迹，从而完成二维空间中单粒子闩锁效应的定位任务。具体完成的研究工作有以下2个：1、设计基于视网膜算法的粒子轨迹循迹算法，利用算法在规模为7272像素阵列的Topmetal-II−芯片覆盖的二维空间内实现了对单个kr离子直线径迹的寻迹，位置分辨率达到40um，小于单个像素尺寸（83um83um）的百分之50；2、在视网膜算法的基础上继续拓展，升级为迭代视网膜算法，通过迭代视网膜计算的方式实现同时对单个事件中多条粒子轨迹的寻迹，在位置分辨率结果与单粒子径迹寻迹相当的情况下算法的循迹效率和纯度均好于95%。除此，该算法较前算法而言，有非常高的并行性，并且占用资源少，更易于在板级现场可编程门阵列FPGA上实现实时、在线的径迹循迹应用。后续我们也打算将该算法移植到FPGA器件中实现在线的重粒子轨迹寻迹，实时目标预计达到5-8us/事件。

Speaker: 邓, 文迪 (武汉纺织大学)

视网膜算法单粒子闩锁效应应用研究-邓文迪.pdf

65 宽禁带半导体探测器在白光中子束线的应用研究

硅探测器广泛用于带电粒子的检测。在中国散裂中子源反角白光中子束线开展的（n，lcp）反应截面测量中，PIN硅探测器发挥了重要作用。然而，由于耐辐射性能差，硅探测器无法在高温和强辐射环境中工作。基于碳化硅、金刚石等第三代宽禁带半导体材料，抗辐射宽禁带半导体探测器比第一代半导体具有更高的载流子迁移率、更宽的带隙和更高的位移阈值能量。碳化硅和金刚石探测器已在CSNS制备和测试。本工作研究了探测器的性能，包括电性能、能量分辨率、抗辐射性和偏振效应。碳化硅探测器已经应用在6Li(n，t)和63Ni(n，α)60Fe的截面测量。金刚石探测器也已经应用于12C(n，α)9Be 反应的研究。

Speaker: 蒋, 伟 (高能物理研究所)

宽禁带半导体探测器在白光中子束线的应用研究-jiangw.pdf

17:55 大会闭幕

18:00 晚餐

Sunday 26 May

07:00 离会