硅中介层开发：迈向超低放射性本底光电探测系统
仪器与探测器
2023-03-22 v1 核实验
摘要
在稀有事件搜寻中，开发具有超低放射性本底的光电探测系统具有重要意义。硅光电倍增管（SiPM）和专用集成电路（ASIC）分别是低本底光传感器和读出电子学的两个理想候选，因为它们主要由硅构成，可在不需大量额外工作的情况下实现良好的放射纯度。然而，用于在光传感器和电子学之间提供机械支撑和信号路由的中介层，是构建超低本底光电探测器的瓶颈。硅和石英因其良好的放射纯度而成为构建低本底中介层的两个候选材料；但在大面积硅或石英晶圆上制备硅通孔（TSV）或石英通孔（TQV）并非易事。本工作中，我们基于双面 TSV 互连技术，开发了尺寸为 10 cm×10 cm、厚度为 320 μm 的硅中介层首件原型。该中介层的电学性质在室温下被仔细评估，其性能也在 -110 °C 下通过集成于中介层上的 SiPM 进行了测试。测试结果显示该原型性能良好，可清晰观测到来自 SiPM 的单光电子信号。所观测信号的特征与安装在常规 FR4 基 PCB 上的 SiPM 信号相当。基于硅中介层原型的成功，我们启动了后续研究，旨在进一步提升硅中介层的性能和良率，并最终为构建超低本底光电探测系统提供解决方案。
引用
@article{arxiv.2207.09174,
title = {Development of silicon interposer: towards an ultralow radioactivity background photodetector system},
author = {Haibo Yang and Qidong Wang and Guofu Cao and Kali M. Melby and Khadouja Harouaka and Isaac J. Arnquist and Fengwei Dai and Liqiang Cao and Liangjian Wen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.09174},
year = {2023}
}