MALTA-Cz：一种采用高电阻率 Czochralski 衬底上小电极的辐射硬全尺寸单片 CMOS 传感器
仪器与探测器
2023-09-14 v2
摘要
在 Tower Semiconductor 180 nm CMOS 成像工艺中开发的耗尽型单片有源像素传感器(DMAPS)是为 HL-LHC 上 ATLAS ITk 升级二期以及未来对撞机实验而设计的。“MALTA-Czochralski (MALTA-Cz)”全尺寸 DMAPS 传感器的开发目标是展示一种具有高粒度、高击中率能力、快速响应时间和优异辐射耐受性的辐射硬薄 CMOS 传感器。小像素尺寸(~m)提供高空间分辨率。其异步读出架构专为触发与无触发探测器应用中的高击中率和快速时间响应而设计。该读出架构设计为将所有击中数据流传输至多通道输出，从而允许片外触发形成并利用击中时间信息进行事件标记。传感器制造通过工艺适配和特殊注入设计进行了优化，以允许在厚高电阻率 p 型 Czochralski 衬底上制造小电极 DMAPS。特殊工艺确保了即使在高水平辐射后也具有优异的电荷收集与带电粒子探测效率。此外，特殊注入设计和使用 Czochralski 衬底改善了传感器的时间分辨率。本文总结了通过工艺与注入选择以及 TCAD 仿真建模信号响应所进行的传感器设计优化。未辐照与辐照传感器的束流和实验室测试结果显示，在 1 MeV n/cm 剂量后具有优异的探测效率。测得传感器时间分辨率为 ~ns。
引用
@article{arxiv.2301.03912,
title = {MALTA-Cz: A radiation hard full-size monolithic CMOS sensor with small electrodes on high-resistivity Czochralski substrate},
author = {H. Pernegger and P. Allport and D. V. Berlea and A. Birman and D. Bortoletto and C. Buttar and E. Charbon and F. Dachs and V. Dao and H. Denizli and D. Dobrijevic and M. Dyndal and A. Fenigstein and L. Flores Sanz de Acedo and P. Freeman and A. Gabrielli and M. Gazi and L. Gonella and V. Gonzalez and G. Gustavino and A. Haim and T. Kugathasan and M. LeBlanc and M. Munker and K. Y. Oyulmaz and F. Piro and P. Riedler and H. Sandaker and E. J. Schioppa and A. Sharma and W. Snoeys and C. Solans Sanchez and T. Suligoj and E. Toledano and M. van Rijnbach and M. Vazquez Nunez and J. Weick and S. Worm and A. M. Zoubir},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.03912},
year = {2023}
}