课题基金 / 基金详情

面向粒子探测的高压CMOS像素传感器芯片关键技术研究

批准号:
12075142
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
张亮
依托单位:
学科分类:
粒子探测技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张亮

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
近年来高压CMOS像素传感器展现出的速度快、抗辐照、集成度高等优异性能,使其成为粒子探测技术领域的研究热点之一。本项目基于国内高压CMOS工艺开展高压像素传感器研发,采用灵敏二极管高压偏置,电荷收集方式由热扩散转变为漂移,有效缩短了收集时间,显著提高抗辐照能力。尤其针对空间分辨要求不高的大面积粒子探测,能够体现出更大优势,如采用大尺寸像素,能够在保证速度和抗辐照前提下,有效降低功耗。本项目通过全功能像素传感器芯片设计和测试,掌握高压像素传感器及其读出电子学、数据获取的关键技术,为大面积应用于粒子探测提供可行性设计。
英文摘要
Recently, the high-voltage CMOS pixel sensor has demonstrated excellent performance such as high speed, high radiation tolerance, and high integration, making it one of the research hotspots in the field of particle detection technology. This project is to develop a high-voltage CMOS pixel sensor based on the domestic high-voltage CMOS process. It employs a sensing diode with a high-voltage bias and the charge collection mode is changed from thermal diffusion to drift, which reduces the collection time effectively and improves the radiation hardness significantly. Especially for large-area particle detection with low spatial resolution, it can show greater advantage. For example, the use of large-size pixel can reduce power consumption effectively while keeping fast readout speed and high radiation tolerance. The goal is to master the key technologies of high-voltage CMOS pixel sensor and its readout electronics and data acquisition through the development of full functional chip and the test. This will provide a feasible design for the application of large-area particle detection.
高能物理实验不断升级和实验精度不断提高对探测器的要求越来越高,要求具有更好的抗辐照能力、更快的读出速度、更高的集成度以及更低的功耗。近年来高压CMOS像素传感器展现出的速度快、抗辐照、集成度高等优异性能,使其成为重要粒子探测技术,也是国内外研究热点。当前,我国在使用各国际像素探测器工艺时均受不同程度制约,严重影响了我国在高能物理实验探测领域的发展。为此,本项目基于国产0.18µm高压CMOS工艺,采用灵敏二极管高压偏置,完成了高压像素传感器原型芯片研制。像素尺寸50µm×50µm,像素内集成了电荷灵敏前置放大器、整形器,甄别器以及锁存器,灵敏区功耗约130mW/cm2,像素尺寸和灵敏区功耗均小于国际同类传感器。完成了标准测试系统研制,包括前端读出板、数据获取板以及数据获取系统,测试结果验证了该工艺的探测性能,电荷收集效率与国际先进图像传感器工艺水平相当,测试结果表明该原型芯片性能达到预期目标。通过该芯片研制,掌握了高压像素芯片设计、测试等关键技术,为高能物理实验提供关键技术支撑。同时,该工艺研制成本比国际工艺降低80%,该研究成功突破了国际工艺限制,为国内开展高性能像素探测器打下坚实基础。
单片式像素探测器列级低功耗ADC读出技术研究
  • 批准号:
    11505106
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    张亮
  • 依托单位:
国内基金
海外基金