stringtranslate.com

Гибридный пиксельный детектор

Гибридные пиксельные детекторы — это тип детектора ионизирующего излучения , состоящий из массива диодов на основе полупроводниковой технологии и связанной с ними электроники. Термин «гибрид» связан с тем фактом, что два основных элемента, из которых построены эти устройства, полупроводниковый датчик и микросхема считывания (также известная как специализированная интегральная схема или ASIC), производятся независимо, а затем электрически соединяются посредством процесса ударного соединения . Ионизирующие частицы обнаруживаются, когда они создают электронно-дырочные пары в результате взаимодействия с сенсорным элементом, обычно изготовленным из легированного кремния или теллурида кадмия . Считывающая ASIC сегментирована на пиксели, содержащие необходимую электронику для усиления и измерения электрических сигналов, индуцируемых поступающими частицами в сенсорном слое.

Гибридные пиксельные детекторы, предназначенные для работы в однофотонном режиме, известны как гибридные детекторы подсчета фотонов (HPCD). Эти детекторы предназначены для подсчета количества попаданий за определенный интервал времени. Они стали стандартом для большинства источников синхротронного света и приложений для обнаружения рентгеновского излучения . [1]

История

Первые гибридные пиксельные детекторы были разработаны в 1980-х и 90-х годах для экспериментов по физике частиц высоких энергий в ЦЕРНе . [2] С тех пор многие крупные коллаборации продолжали разрабатывать и внедрять эти детекторы в свои системы, такие как эксперименты ATLAS , CMS и ALICE на Большом адронном коллайдере . [3] [4] [5] Используя кремниевые пиксельные детекторы как часть своих внутренних систем слежения, эти эксперименты способны определить траекторию частиц, образующихся во время высокоэнергетических столкновений, которые они изучают. [6]

Ключевым нововведением в создании пиксельных детекторов такой большой площади стало разделение датчика 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 индивидуально, а затем соединить их вместе посредством процесса ударного соединения, 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 CERN и PSI , были испытаны с синхротронным излучением. [8] Дальнейшие разработки в ЦЕРН привели к созданию чипа Medipix и его вариаций.

Первый HPC-детектор большой площади был построен в 2003 году в компании PSI на базе считывающего чипа PILATUS. Второе поколение этого детектора с улучшенной считывающей электроникой и меньшими пикселями стало первым детектором HPC, который регулярно работал на синхротроне. [9]

В 2006 году компания DECTRIS была основана как дочерняя компания PSI и успешно коммерциализировала технологию PILATUS. С тех пор детекторы на основе систем PILATUS и EIGER широко используются для малоуглового рассеяния , когерентного рассеяния , порошковой рентгеновской дифракции и спектроскопии . Основными причинами успеха детекторов HPC являются прямое детектирование отдельных фотонов и точное определение интенсивностей рассеяния и дифракции в широком динамическом диапазоне. [10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Брённиманн, К.; Трюб, П. (2018). «Гибридные пиксельные детекторы рентгеновского излучения для синхротронного излучения». В Э Йешке; С Хан; Дж. Р. Шнайдер; Дж. Б. Гастингс (ред.). Синхротронные источники света и лазеры на свободных электронах . Чам, Швейцария: Springer International. стр. 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 Физический IV . 04 :11–18. дои : 10.1051/jp4: 1994902.
  3. ^ Вейгель, П; и другие. (2011). «Характеристика и характеристики кремниевых пиксельных детекторов n-in-p для обновлений ATLAS». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 658 (1): 36–40. arXiv : 1012.3595 . Бибкод : 2011NIMPA.658...36W. дои :10.1016/j.nima.2011.04.049. S2CID  55001023.
  4. ^ Аллкофер, Ю; и другие. (2008). «Проектирование и характеристики кремниевых датчиков для бочкообразного пиксельного детектора CMS». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 584 (1): 25–41. arXiv : физика/0702092 . Бибкод : 2008NIMPA.584...25A. дои :10.1016/j.nima.2007.08.151. S2CID  119443580.
  5. ^ Ридлер, П; и другие. (2007). «Производство и внедрение кремниевого пиксельного детектора ALICE». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 572 (1): 128–131. Бибкод : 2007NIMPA.572..128R. дои :10.1016/j.nima.2006.10.178.
  6. ^ Росси, Л; и другие. (2006). Пиксельные детекторы. Ускорение и обнаружение частиц. Берлин: Шпрингер. Бибкод : 2006pdff.book.....R. дои : 10.1007/3-540-28333-1. ISBN 978-3-540-28332-4. S2CID  119360208.
  7. ^ Дельпьер, П. (2014). «История гибридных пиксельных детекторов, от физики высоких энергий до медицинской визуализации». Журнал приборостроения . 9 (5): C05059. Бибкод : 2014JInst...9C5059D. дои : 10.1088/1748-0221/9/05/C05059. S2CID  122121227.
  8. ^ Манолопулос, С; и другие. (1999). «Рентгеновская дифракция на порошке с гибридными полупроводниковыми пиксельными детекторами». Журнал синхротронного излучения . 6 (2): 112–115. дои : 10.1107/S0909049599001107 .
  9. ^ Брённиманн, К; и другие. (2006). «Детектор ПИЛАТУС 1М». Журнал синхротронного излучения . 13 (2): 120–130. дои : 10.1107/S0909049505038665 . ПМИД  16495612.
  10. ^ Фёрстер, А; Брандштеттер, С; Шульце-Бризе, К (2019). «Преобразование обнаружения рентгеновского излучения с помощью гибридных детекторов подсчета фотонов». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 377 (2147): 20180241. Бибкод : 2019RSPTA.37780241F. дои : 10.1098/rsta.2018.0241. ПМК 6501887 . ПМИД  31030653.