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 «гибридный» происходит от того факта, что два основных элемента, из которых построены эти устройства, полупроводниковый датчик и считывающая микросхема (также известная как специализированная интегральная схема или ASIC), производятся независимо и позже электрически соединяются с помощью процесса соединения выступов . Ионизирующие частицы обнаруживаются, когда они создают пары электрон-дырка посредством взаимодействия с элементом датчика, обычно изготовленным из легированного кремния или теллурида кадмия . Считывающая ASIC сегментирована на пиксели, содержащие необходимую электронику для усиления и измерения электрических сигналов, индуцированных входящими частицами в сенсорном слое.

Гибридные пиксельные детекторы, предназначенные для работы в однофотонном режиме, известны как гибридные детекторы подсчета фотонов (Hybrid Photon Counting Detectors , HPCD). Эти детекторы предназначены для подсчета количества попаданий в течение определенного временного интервала. Они стали стандартом в большинстве 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 продолжили 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 отслеживания, эти эксперименты способны определять траекторию частиц, образующихся во время столкновений высоких энергий, которые они изучают. [6]

Ключевым новшеством для создания таких больших пиксельных детекторов стало разделение датчика и электроники на независимые слои. Учитывая, что для датчиков частиц требуется кремний с высоким удельным сопротивлением, в то время как для считывающей электроники требуется низкое удельное сопротивление, внедрение гибридной конструкции позволило оптимизировать каждый элемент по отдельности, а затем соединить их вместе с помощью процесса соединения методом «шип-склеивания», включающего микроскопическую точечную пайку. [7]

Вскоре стало понятно, что та же гибридная технология может быть использована для обнаружения рентгеновских фотонов. К концу 1990-х годов первые гибридные детекторы подсчета фотонов (HPC), разработанные ЦЕРН 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 PSI на основе считывающего чипа PILATUS. Второе поколение этого детектора с улучшенной считывающей электроникой и меньшими пикселями стало первым HPC-детектором, который регулярно работал на синхротроне. [9]

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Brönnimann, C.; Trüb, P. (2018). «Гибридные пиксельные детекторы рентгеновского излучения с подсчетом фотонов для синхротронного излучения». В E Jaeschke; S Khan; JR Schneider; JB Hastings (ред.). Источники синхротронного света и лазеры на свободных электронах . Cham, Швейцария: Springer International. стр. 995–1027. doi :10.1007/978-3-319-14394-1_36. ISBN 978-3-319-14393-4.
  2. ^ Delpierre, P (1994). «Пиксельные детекторы и кремниевые детекторы рентгеновского излучения» (PDF) . Journal de Physique IV . 04 : 11–18. doi :10.1051/jp4:1994902.
  3. ^ Weigell, P; et al. (2011). «Характеристика и производительность кремниевых n-in-p пиксельных детекторов для модернизации ATLAS». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 658 (1): 36–40. arXiv : 1012.3595 . Bibcode :2011NIMPA.658...36W. doi :10.1016/j.nima.2011.04.049. S2CID  55001023.
  4. ^ Allkofer, Y; et al. (2008). «Проектирование и производительность кремниевых датчиков для пиксельного детектора CMS barrel». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 584 (1): 25–41. arXiv : physics/0702092 . Bibcode :2008NIMPA.584...25A. doi :10.1016/j.nima.2007.08.151. S2CID  119443580.
  5. ^ Ридлер, П; и др. (2007). «Производство и интеграция кремниевого пиксельного детектора ALICE». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 572 (1): 128–131. Bibcode : 2007NIMPA.572..128R. doi : 10.1016/j.nima.2006.10.178.
  6. ^ Росси, Л. и др. (2006). Пиксельные детекторы. Ускорение и обнаружение частиц. Берлин: Springer. Bibcode :2006pdff.book.....R. doi :10.1007/3-540-28333-1. ISBN 978-3-540-28332-4. S2CID  119360208.
  7. ^ Delpierre, P (2014). «История гибридных пиксельных детекторов, от физики высоких энергий до медицинской визуализации». Journal of Instrumentation . 9 (5): C05059. Bibcode : 2014JInst...9C5059D. doi : 10.1088/1748-0221/9/05/C05059. S2CID  122121227.
  8. ^ Манолопулос, С. и др. (1999). «Рентгеновская порошковая дифракция с гибридными полупроводниковыми пиксельными детекторами». Журнал синхротронного излучения . 6 (2): 112–115. Bibcode : 1999JSynR...6..112M. doi : 10.1107/S0909049599001107 .
  9. ^ Brönnimann, C; et al. (2006). «Детектор PILATUS 1M». Журнал синхротронного излучения . 13 (2): 120–130. doi : 10.1107/S0909049505038665 . PMID  16495612.
  10. ^ Фёрстер, А.; Брандштеттер, С.; Шульце-Бризе, К. (2019). «Трансформация обнаружения рентгеновского излучения с помощью гибридных детекторов подсчета фотонов». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 377 (2147): 20180241. Bibcode :2019RSPTA.37780241F. doi :10.1098/rsta.2018.0241. PMC 6501887 . PMID  31030653.