MALTA-Cz: 高抗辐射的全尺寸单片CMOS传感器，基于高电阻Czochralski衬底上的小电极
摘要：Tower Semiconductor 180 nm CMOS成像工艺中开发的耗尽单片活跃像素传感器（DMAPS）传感器已在ATLAS ITk升级Phase-II和未来对撞机实验中得到应用。通过“MALTA-Czochralski(MALTA- Cz)”全尺寸DMAPS传感器的开发，旨在证明具有高粒度、高击中率能力、快速响应时间和卓越辐射耐受性的耗尽单片CMOS传感器。小像素尺寸（$36.4\times 36.4$μm^2）提供高空间分辨率。异步读出架构设计用于触发和非触发式探测器应用中的高击中率和快速时间响应。读出架构设计可将所有击中数据流传输到多通道输出，允许传感器外部触发形成和使用击中时间信息进行事件标记。通过工艺调整和特殊注入设计，传感器制造已经优化，以便在厚高电阻p型Czochralski衬底上制造小电极DMAPS。特殊处理保证了即使在高辐射水平下，仍具有出色的电荷收集和电荷粒子检测效率。此外，特殊注入设计和使用Czochralski衬底提高了传感器的时间分辨率。本文通过工艺和注入选择以及TCAD模拟来总结传感器设计的优化，用于模拟信号响应。未辐射和辐射传感器的束流和实验室测试结果显示，在剂量为$2\times 10^{15}$个1MeV n_eq/cm^2的情况下，具有出色的检测效率。传感器的时间分辨率测量值为σ=2 ns。
作者：H. Pernegger, P. Allport, D.V. Berlea, A. Birman, D. Bortoletto, C. Buttar, E. Charbon, F. Dachs, V. Dao, H. Denizli, D. Dobrijevic, M. Dyndal, A. Fenigstein, L. Flores Sanz de Acedo, P. Freeman, A. Gabrielli, M. Gazi, L. Gonella, V. Gonzalez, G. Gustavino, A. Haim, T. Kugathasan, M. LeBlanc, M. Munker, K.Y. Oyulmaz, F. Piro, P. Riedler, H. Sandaker, E.J. Schioppa, A. Sharma, W. Snoeys, C. Solans Sanchez, T. Suligoj, E. Toledano, M. van Rijnbach, M. Vazquez Nunez, J. Weick, S. Worm, A.M. Zoubir
论文ID：2301.03912
分类：Instrumentation and Detectors
分类简称：physics.ins-det
提交时间：2023-01-11