Гибридный детектор пикселей - Hybrid pixel detector - Wikipedia

Гибридные пиксельные детекторы являются разновидностью ионизирующего излучения детектор, состоящий из матрицы диодов на основе полупроводниковая техника и связанная с ними электроника. Термин «гибрид» происходит от того факта, что два основных элемента, из которых состоят эти устройства, полупроводниковый датчик и считывающий чип (также известный как специализированная интегральная схема или ASIC), производятся независимо, а затем электрически соединяются посредством неровности процесс. Ионизирующие частицы обнаруживаются, поскольку они создают пары электрон-дырка в результате взаимодействия с чувствительным элементом, обычно сделанным из легированного кремний или же теллурид кадмия. Считывающая ASIC сегментирована на пиксели, содержащие необходимую электронику для усиления и измерения электрических сигналов, индуцированных поступающими частицами в сенсорном слое.

Гибридные пиксельные детекторы, предназначенные для работы в однофотонном режиме, известны как Гибридные детекторы счета фотонов (HPCD). Эти детекторы предназначены для подсчета количества попаданий в определенный промежуток времени. Они стали стандартом в большинстве источники синхротронного света и рентгеновский снимок приложения для обнаружения.[1]

История

Первые гибридные пиксельные детекторы были разработаны в 1980-х и 1990-х годах для экспериментов по физике частиц высоких энергий в ЦЕРН.[2] С тех пор многие крупные коллаборации продолжили разработку и внедрение этих детекторов в свои системы, такие как АТЛАС, CMS и Алиса эксперименты на Большой адронный коллайдер.[3][4][5] С помощью кремниевые пиксельные детекторы как часть их внутренних систем слежения, эти эксперименты способны определять траекторию частиц, образующихся во время столкновений высоких энергий, которые они изучают.[6]

Ключевым нововведением для создания таких детекторов пикселей с такой большой площадью было разделение сенсора и электроники на независимые слои. Учитывая, что для датчиков частиц требуется кремний с высоким удельным сопротивлением, а для считывающей электроники требуется низкое удельное сопротивление, внедрение гибридной конструкции позволило оптимизировать каждый элемент по отдельности, а затем соединить их вместе посредством процесса выпуклости, включающего микроскопическую точечную пайку.[7]

Вскоре стало понятно, что ту же гибридную технологию можно использовать для обнаружения рентгеновских фотонов. К концу 1990-х годов первые детекторы гибридного счета фотонов (HPC), разработанные ЦЕРН и PSI были испытаны синхротронным излучением.[8] Дальнейшие разработки в ЦЕРН привели к созданию Медипикс чип и его разновидности.

Первый детектор HPC большой площади был построен в 2003 году в PSI на основе считывающего чипа PILATUS. Второе поколение этого детектора с улучшенной электроникой считывания и меньшими размерами пикселей стало первым детектором HPC, который обычно работает на синхротроне.[9]

В 2006 году компания DECTRIS была основана как дочерняя компания PSI и успешно реализовала технологию PILATUS. С тех пор детекторы на основе ПИЛАТУС и системы EIGER широко используются для малоугловое рассеяние, когерентное рассеяние, Рентгеновская порошковая дифракция и спектроскопия Приложения. Основными причинами успеха детекторов HPC являются прямое обнаружение отдельных фотонов и точное определение интенсивности рассеяния и дифракции в широком динамическом диапазоне.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Brönnimann, C .; Труб П. (2018). «Гибридные пиксельные детекторы рентгеновского излучения для синхротронного излучения». In E Jaeschke; S Khan; JR Schneider; Дж. Б. Гастингс (ред.). Синхротронные источники света и лазеры на свободных электронах. Чам, Швейцария: Springer International. С. 995–1027. Дои:10.1007/978-3-319-14394-1_36. ISBN  978-3-319-14393-4.
  2. ^ Дельпьер, П. (1994). «Пиксельные детекторы и кремниевые детекторы рентгеновского излучения» (PDF). Журнал де Physique IV. 04: 11–18. Дои:10.1051 / jp4: 1994902.
  3. ^ Weigell, P; и другие. (2011). «Характеристики и характеристики кремниевых детекторов пикселей n-in-p для обновлений ATLAS». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 658 (1): 36–40. arXiv:1012.3595. Bibcode:2011NIMPA.658 ... 36 Вт. Дои:10.1016 / j.nima.2011.04.049.
  4. ^ Аллкофер, Y; и другие. (2008). «Конструкция и характеристики кремниевых сенсоров для пиксельного детектора цилиндрической формы CMS». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 584 (1): 25–41. arXiv:физика / 0702092. Bibcode:2008 НИМПА.584 ... 25А. Дои:10.1016 / j.nima.2007.08.151.
  5. ^ Riedler, P; и другие. (2007). «Производство и интеграция кремниевого пиксельного детектора ALICE». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 572: 128–131. Дои:10.1016 / j.nima.2006.10.178.
  6. ^ Росси, L; и другие. (2006). «Пиксельные детекторы: от основ до приложений». Берлин, Германия: Springer. Ускорение и обнаружение частиц. Дои:10.1007/3-540-28333-1. ISBN  978-3-540-28332-4.
  7. ^ Дельпьер, П. (2014). «История гибридных пиксельных детекторов, от физики высоких энергий до медицинской визуализации». Журнал приборостроения. 9 (5): C05059. Дои:10.1088 / 1748-0221 / 9/05 / C05059.
  8. ^ Manolopoulos, S; и другие. (1999). «Дифракция рентгеновских лучей на порошке с гибридными полупроводниковыми пиксельными детекторами». Журнал синхротронного излучения. 6 (2): 112–115. Дои:10.1107 / S0909049599001107.
  9. ^ Brönnimann, C; и другие. (2006). «Детектор PILATUS 1M». Журнал синхротронного излучения. 13 (2): 120–130. Дои:10.1107 / S0909049505038665. PMID  16495612.
  10. ^ Förster, A; Brandstetter, S; Шульце-Бризе, К. (2019). «Трансформирующее обнаружение рентгеновских лучей с помощью гибридных детекторов счета фотонов». Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 377 (2147): 20180241. Дои:10.1098 / rsta.2018.0241. ЧВК  6501887. PMID  31030653.