Development of HV-CMOS sensor technology for the next generation of particle physics experiments
开发用于下一代粒子物理实验的 HV-CMOS 传感器技术
基本信息
- 批准号:MR/S016449/1
- 负责人:
- 金额:$ 148.98万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Fellowship
- 财政年份:2019
- 资助国家:英国
- 起止时间:2019 至 无数据
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Over the last 25 years, silicon sensor technology has become a critical ingredient in the success of the most challenging experiments in fundamental physics. The discovery of the Higgs boson at the Large Hadron Collider (LHC), most notably, would not have been possible without the very fine grained sensors which sit at the heart of the CERN detectors to measure (track) the trajectories of thousands of particles produced tens of millions of times per second. The next generation of experiments, being planned today, relies on a step-change in the performance of tracking sensor technologies. Scientists seek detectors that provide micron scale position accuracy and better than one nanosecond timing resolution, while being substantially thinner than a sheet of paper and requiring little cooling. To date it has not been possible to combine all of them in a single device.In this research, I propose to develop novel Depleted Monolithic Active Pixel Sensors (DMAPS) to achieve these parameters in a single device using industry standard, and therefore cost-effective, High Voltage-Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (HV-CMOS) processes. DMAPS have already been adopted as the chosen sensor technology for the Mu3e experiment at the Paul Scherrer Institute in Switzerland, for which I work on the construction of the first DMAPS pixel tracker that will come online in 2020. DMAPS are also developed for the planned phase-II upgrade of ATLAS at the LHC, for which the final technology decision is expected in 2019. Within the particle physics instrumentation community, there is now a wide consensus that DMAPS will replace traditional tracking sensor technologies in the next generation of particle physics experiments.In spite of the major improvements already demonstrated by DMAPS, the enormous challenges set by future particle physics experiments demand further research to achieve yet more performant sensors. The main goal of this research is to develop highly performant DMAPS, targeting in the first place the reduction of the pixel area, the improvement of the time resolution and the increase of the radiation tolerance. I will also develop full-size DMAPS detectors with optimised performance and pursue the deployment of these devices for particle physics experiments and beyond. These new detectors can have a massive impact in experiments such as a planned upgrade of Mu3e and future upgrades at the High Luminosity-LHC (HL-LHC), but also in the medical and commercial fields as the low cost typical of HV-CMOS processes will make DMAPS tracking detectors available to many.
在过去的25年里,硅传感器技术已经成为基础物理学中最具挑战性实验成功的关键因素。在大型强子对撞机(LHC)上发现希格斯玻色子,最值得注意的是,如果没有位于CERN探测器核心的非常细粒度的传感器,就不可能测量(跟踪)每秒产生数千万次的数千个粒子的轨迹。目前正在计划的下一代实验依赖于跟踪传感器技术性能的逐步变化。科学家们寻求提供微米级位置精度和优于1纳秒的定时分辨率的探测器,同时比一张纸薄得多,几乎不需要冷却。到目前为止,它还没有可能联合收割机,他们都在一个单一的device.In这项研究中,我建议开发新的耗尽单片有源像素传感器(DMAPS),以实现这些参数在一个单一的设备使用行业标准,因此具有成本效益,高压互补金属氧化物半导体(HV-CMOS)工艺。DMAPS已经被瑞士Paul Scherrer研究所的Mu 3e实验采用,我正在构建第一个DMAPS像素跟踪器,该跟踪器将于2020年上线。DMAPS也是为计划中的LHC ATLAS第二阶段升级而开发的,最终的技术决定预计将在2019年做出。在粒子物理仪器领域,人们普遍认为DMAPS将在下一代粒子物理实验中取代传统的跟踪传感器技术,尽管DMAPS已经证明了它的重大改进,但未来粒子物理实验所带来的巨大挑战要求进一步研究,以实现更高性能的传感器。本研究的主要目标是开发高性能的DMAPS,首先针对像素面积的减少,时间分辨率的提高和辐射耐受性的增加。我还将开发具有优化性能的全尺寸DMAPS探测器,并将这些设备用于粒子物理实验及其他领域。这些新的探测器可以在实验中产生巨大的影响,例如Mu 3e的计划升级和高亮度LHC(HL-LHC)的未来升级,但也可以在医疗和商业领域产生巨大的影响,因为HV-CMOS工艺的低成本将使DMAPS跟踪探测器可供许多人使用。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Performance of CMOS pixel sensor prototypes in ams H35 and aH18 technology for the ATLAS ITk upgrade
用于 ATLAS ITk 升级的艾迈斯半导体 H35 和 aH18 技术的 CMOS 像素传感器原型的性能
- DOI:10.1016/j.nima.2018.07.061
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Kiehn M
- 通讯作者:Kiehn M
Characterisation of analogue front end and time walk in CMOS active pixel sensor
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- DOI:10.1088/1748-0221/16/12/p12020
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:1.3
- 作者:Hiti B
- 通讯作者:Hiti B
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- DOI:
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Franks ML
- 通讯作者:Franks ML
Technical design of the phase I Mu3e experiment
- DOI:10.1016/j.nima.2021.165679
- 发表时间:2021-08-23
- 期刊:
- 影响因子:1.4
- 作者:Arndt, K.;Augustin, H.;Zhong, T.
- 通讯作者:Zhong, T.
Towards MightyPix, an HV-MAPS for the LHCb Mighty Tracker upgrade
迈向 MightyPix,用于 LHCb Mighty Tracker 升级的 HV-MAPS
- DOI:10.1088/1748-0221/17/10/c10005
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:1.3
- 作者:Hammerich J
- 通讯作者:Hammerich J
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