采用 RD53A 芯片读出的耐辐照薄型无源 CMOS 传感器

研究了采用 150 nm LFoundry 工艺制造的无源 CMOS 像素传感器的辐照硬度。CMOS 工艺线因能以相对较低的成本提供高生产吞吐量，对大规模硅探测器尤为引人关注。此外，其具备多晶硅电阻、MIM 电容和若干金属层等特性，有助于改进传感器设计。本文给出了像素间距为 50 $\mathrm{\mu}$m、厚度为 100 $\mathrm{\mu}$m 的薄型无源 CMOS 传感器在不同辐照水平（5 $\times$ 10$^{15}$n$_{\mathrm{eq}}$cm$^{-2}$ 和 1 $\times$ 10$^{16}$n$_{\mathrm{eq}}$cm$^{-2}$）下的性能。该传感器通过凸点键合并使用 RD53A 读出芯片读取。在最高通量后，对最小电离粒子的击中探测效率测得大于 99%。测得的等效噪声电荷与传统平面像素传感器相当。因此，无源 CMOS 传感器是运行于强辐照环境（如 LHC 实验升级）中硅探测器的一种有吸引力的选择。