高精度位置・時間計測可能な3次元積層型ピクセル検出器開発

开发能够高精度位置和时间测量的3D堆叠像素探测器

• 批准号: 18K13569
• 负责人: 小野 峻
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K13569/
• 关键词: 3次元積層技術; 半導体検出器; 崩壊点検出器; 素粒子実験; SOI検出器

本研究では、International Linear Collider(ILC)実験に向けた3次元積層構造を持つシリコンピクセル検出器の開発を実施した。ILCでは粒子衝突により生成・崩壊した荷電粒子飛跡を検出する崩壊点検出器が配置される。この崩壊点検出器では、シリコンピクセルセンサーを使用し約3um精度で粒子の入射位置を計測するが、一方で検出器には多数の粒子が入射するため、その中でターゲットとなる事象の識別を行わなければならない。そこで入射位置と同時に到来時間を計測して粒子飛跡の識別を行う、小型かつ高集積・多機能ピクセルを持つセンサーが必要となる。この高集積ピクセルを実現するため、通常のセンサーチップ上に回路チップを接合した積層構造センサーを検討した。開発では20um角の画素を持つ下部センサーと上部信号処理回路チップを設計している。下部センサーはSilicon-On-Insulator構造によりセンサー・読み出し回路を一体化し、画素内にシグナル読み出し・検出回路を実装した。上部チップには下部チップからのシグナル検出された時間を記録するタイムスタンプを埋め込んでいる。センサー・回路チップ間接合は、各チップの電極上に東北マイクロテックにおいて円筒型マイクロバンプを形成し2つのチップを圧着・積層化を実施した。マイクロバンプ形成とチップ接合のアライメント試験を行い積層化までのプロセスを確立し、積層センサーの製造を行なった。最終年度では試作チップに放射線を照射し、積層ピクセル上でシグナル応答、荷電粒子飛跡を計測することができた。これらの試作・評価により、既存構造のシリコンピクセルセンサーでは要求を満たすことができなかった、高位置分解能のための小型化と時間計測のための高機能化を両立した高集積ピクセルを持つ粒子飛跡検出器を開発することできた。

In this paper, the development of the International Linear Collider(ILC) is studied. The ILC is configured to detect particle collisions and charged particle trajectories. The detector detects the incident position of particles with an accuracy of about 3 um. The detector detects the incident position of particles with an accuracy of about 3 um. It is necessary to measure the incident position and arrival time of particles, identify the trajectory of particles, and maintain the multi-function detection system. This is a high level of aggregation. It's usually a high level of aggregation. The design of the 20-um angle pixel in the lower part of the development circuit and the upper part of the signal processing circuit is as follows: The lower part of the silicon Insulator structure is integrated with the lower part of the silicon insulator structure. The upper part of the table is closed and the lower part is closed. The circuit is connected to the electrode, and the electrode is connected to the electrode. The cylindrical electrode is connected to the electrode, and the laminated electrode is connected to the electrode. For example, if a layer is formed, the layer will be formed and the layer will be produced. In the final year, we will try to measure the radiation exposure, the accumulation of particles, and the flight of charged particles. The test results show that the existing structure of the particle tracking detector has been developed with high resolution and miniaturization.

项目成果

Development of a monolithic pixel sensor based on SOI technology for the ILC vertex detector

开发用于 ILC 顶点检测器的基于 SOI 技术的单片像素传感器

• DOI: 10.1016/j.nima.2018.06.075
• 发表时间: 2019
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
• 作者: Shun Ono;Miho Yamada;Manabu Togawa;Yasuo Arai;Toru Tsuboyama;Ikuo Kurachi;Kazuhiko Hara;Yoichi Ikegami; Taohan Li;Akimasa Ishikawa
• 通讯作者: Akimasa Ishikawa

IPHC(フランス)

IPHC（法国）

加速器実験に向けた3次元積層化構造のSOI検出器開発

开发用于加速器实验的3D堆叠结构SOI探测器

• 发表时间: 2019
• 作者: Shun Ono;Miho Yamada;Yasuo Arai;Toru Tsuboyama;Manabu Togawa;Teppei Mori;Ikuo Kurachi;Kazuhiko Hara;Yoichi Ikegami;Daisuke Sekigawa;Shun Endo;Akimasa Ishikawa;塩見 公志;小野 峻
• 通讯作者: 小野 峻

Beam test results of an SOI monolithic pixel sensor SOFIST for the ILC vertex detector

用于 ILC 顶点检测器的 SOI 单片像素传感器 SOFIST 的光束测试结果

• 发表时间: 2018
• 作者: Lu Xing;Li Shanghuo;Ginsburg Adam;Longmore Steven N.;Kruijssen J. M. Diederik;Walker Daniel L.;Feng Siyi;Zhang Qizhou;Battersby Cara;Pillai Thushara;Mills Elisabeth A. C.;Kauffmann Jens;Cheng Yu;Inutsuka Shu-ichiro;Shun Ono
• 通讯作者: Shun Ono

A Monolithic Pixel Sensor with Fine Space-Time Resolution Based on Silicon-on-Insulator Technology for the ILC Vertex Detector

用于 ILC 顶点探测器的基于绝缘体上硅技术的具有精细时空分辨率的单片像素传感器

• DOI: 10.1007/978-981-13-1316-5_69
• 发表时间: 2018
• 期刊: Springer Proceedings in Physics
• 作者: Shun Ono;Miho Yamada;Yasuo Arai;Toru Tsuboyama;Manabu Togawa;Teppei Mori;Ikuo Kurachi;Kazuhiko Hara;Yoichi Ikegami;Daisuke Sekigawa;Shun Endo;Akimasa Ishikawa
• 通讯作者: Akimasa Ishikawa