Monopix 芯片：用于 ATLAS 内部径迹仪升级的具有列漏极读出架构的耗尽型单片有源像素传感器

设计并测试了两款具有完全同步列漏极读出架构的不同耗尽型单片 CMOS 有源像素传感器 (DMAPS) 原型：LF-Monopix 和 TJ-Monopix。这些芯片是为实现适用于 HL-LHC ATLAS 内部径迹仪的 CMOS DMAPS 而开展的研发工作的一部分。LF-Monopix 采用 150nm CMOS 工艺在高阻衬底（>2 k$\Omega\,$cm）上制造，而 TJ-Monopix 采用改进的 180 nm CMOS 工艺制造，并带有用于耗尽的 1 k$\Omega\,$cm 外延层。两款芯片在前端设计、偏置方案、像素间距、收集电极相对于像素尺寸的尺寸（分别为大电极和小电极设计）以及读出电子学在该电极内的放置位置上有所不同。两款芯片在减薄至 100 $\mathrm{\mu}$m 后均可工作，LF-Monopix 还进行了额外的背面处理以实现整体体耗尽。本文的结果包括在测试束流活动中对其漏电流、噪声、阈值弥散度、对最小电离粒子的响应以及效率的测量。此外，还讨论了在中子辐照至 $1\times10^{15}\,\mathrm{n_{eq} / cm}^{2}$ 剂量后的测量结果及其对未来设计的意义。