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高精度SOI像素顶点探测器研究

批准号:
11935019
项目类别:
重点项目
资助金额:
330.0 万元
负责人:
欧阳群
学科分类:
粒子探测技术
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
欧阳群

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
面向希格斯物理精密研究的未来正负电子对撞机实验要求具有高分辨、快读出和低功耗顶点探测器系统,是粒子探测技术前所未有的挑战。无论是直线型正负电子对撞机(ILC、CLIC)还是环形正负电子对撞机(CEPC、FCC),高精度是尚未解决的共性问题,必须采用创新的方法开展研究。绝缘层上硅(SOI)像素探测器具有独特的优势,是目前国际上研发的主要技术方案之一。本项目基于已有的SOI像素探测器研究基础,拟在实现高精度指标上开展关键技术研究,包括低噪声小像素单元、带有时间标记的快速读出电路、以及最新的3D集成技术等,研发时间精度高、位置分辨好的像素芯片。同时,采用新的像素传感单元、像素内数字化和稀疏化读出电路设计,有效降低功耗,提高读出速度。通过芯片设计和性能研究,掌握先进硅像素探测器的关键技术,实现好于3微米的空间分辨和亚微秒级的时间精度,达到国际上先进水平。
英文摘要
The experiments for the future electron positron colliders, for the purpose of precision Higgs physics study, require a vertex detector system with high resolution, fast readout, and low power consumption, which is an unprecedented challenge of particle detection technology. To reach such high precision requirement, which is the common problem for both linear colliders (ILC and CLIC) and circular colliders (CEPC and FCC), it has to develop the silicon pixel detectors by using novel technologies. The pixel detector based on Silicon on Insulator (SOI) technology has its unique features, and becomes one of the main candidate solutions studied worldwide. Based on our cumulated studies on SOI pixel detector, this project initializes the research on key technologies to realize the high precision requirements. To develop high time and space resolution pixel chips, it needs full endeavours of novel design on low noise small pixel unite, fast on-chip readout circuitry with time-stamp, and explore of most advanced 3D integration technology. In the same time, to be effective on low power consumption and high speed readout, the development of pixel chip should be done by adapting novel design of sensing diode, in-pixel digitalization and sparsified readout circuitry. The purpose of research is to have know-how of critical technology for the advanced silicon pixel detector, by means of chip design and performance study, and to reach the advanced level in the world on the specifications of 3 micro-meter of spatial resolution and sub micro-second level of time resolution.
面向希格斯物理精密研究的未来正负电子对撞机实验要求具有高分辨、快读出和低功耗顶点探测器系统,是全球性的粒子探测技术挑战。作为全耗尽的单片型硅像素探测技术,绝缘层上硅(SOI)具有独特的优势,是目前国际上实现研发目标的主要候选方案之一。本项研究采用SOI硅像素芯片的3D垂直连接技术,开展创新的数字读出单片型硅像素探测器研究,探索独特的方法。本项目针对高精度空间和时间指标,开展了多项关键技术研究,包括SOI-PDD传感器工艺特性验证、低噪声小像素单元优化设计、带有高精度时间标记的异步读出电路架构、以及最新的3D集成技术等。项目组完成了两版3D-SOI芯片设计和两次流片,完成模拟和数字单层芯片的设计验证,开展了两次3D集成工艺并实现了关键工艺的改进,完成了原型探测器系统结构开发和验证。探测器像素阵列为128行×128列,单像素尺寸17.24um×21.04um,与类似平面工艺相比较,像素面积减少40%。模拟信号前沿时间游走效应小于2.4us,数字读出时间小于200ns/像素。3D集成工艺在刻蚀及精密对准等难点实现了突破,结合上述的芯片性能验证,奠定了芯片空间分辨和时间分辨指标的实现基础。在粒子探测技术重要期刊上发表了4篇研究论文,多次国际会议报告,先后有两名博士生和一名硕士生毕业,一名博士后出站。通过这些关键技术的研发,整体上接近完成项目的研究计划。研发了国际上首款数字读出的3D硅像素芯片,掌握了关键技术,达到了国际上先进水平。
面向同步辐射应用的SOI探测技术研究
北京谱仪Ⅲ主漂移室内室改进的MAPS探测技术研究
  • 批准号:
    U1232202
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    280.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    欧阳群
  • 依托单位:
微网结构气体探测器的性能研究
600吨液氩TPC对空间辐射和稀有地下信号的研究
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