HVCMOS Teilchensensoren basieren auf einer innovativen Struktur. Diese Sensoren können in kommerziellen Halbleiterprozessen hergestellt werden. Hochspannung wir verwendet, um das Sensorvolumen zu vergrößern und die Zeitauflösung, die Detektionseffizienz und die Strahlungshärte zu verbessern.

Technologie

HVCMOS-Sensoren sind unsere Innovation am ASIC-Detektorlabor (ADL) des IPE! Es sind pixelige Sensoren in CMOS-Technologie, bei denen Hochspannung verwendet wird, um das Sensorvolumen zu vergrößern und die Zeitauflösung, die Detektionseffizienz und die Strahlungshärte zu verbessern. HVCMOS-Sensoren eignen sich für die Detektion einzelner ionisierender Teilchen, obwohl auch die Detektion von niederenergetischen Photonen möglich ist. Anwendungsgebiete sind Hochenergiephysik, Photonenkunde, Medizin, Elektronenbildgebung usw.

Mehr Informationen finden sich auch auf den Seiten des ASIC-Detektorlabors des IPE.

Projekte

Wichtige Anwendungsgebiete für unsere Sensoren sind Hochenergiephysik-Experimente.

ATLASPIX Sensor
Der ATLASPIX-Sensor, entworfen für den ATLAS ITk, und im 180nm HVCMOS-Prozess von AMS implementiert (Bild mit freundlicher Genehmigung von M. V. B. Pinto)

ATLAS-Experiment

Für die Aufrüstung des ATLAS-Experiments entwickeln wir HVCMOS-Sensoren. ATLAS ist eines der vier Hauptexperimente am Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Es ist darauf ausgelegt, das volle Entdeckungspotenzial und die enorme Bandbreite der physikalischen Möglichkeiten, die der LHC bietet, auszuschöpfen. Wir glauben, dass ATLAS und die anderen Teilchenphysik-Experimente von der Verwendung von HVCMOS-Sensoren in Bezug auf Leistung und Baukosten profitieren könnten.

Das Projekt wird in mehreren Schritten durchgeführt:

  1. Entwicklung von kleinflächigen Prototypen, die die Spezifikationen bezüglich Strahlungstoleranz, Zeitauflösung und Detektoreffizienz erfüllen.
  2. Entwicklung von großflächigen Prototypen in Form der kapazitiv gekoppelten Pixeldetektoren (CCPDs) und der monolithischen Detektoren (HVMAPS).
  3. Entwurf eines großflächigen Prototyps, der mit dem ATLAS Upgrade Inner Tracker (ITk) Quad-Modul kompatibel ist.

Zum Experiment

Mu3e-Experiment

Mu3e ist ein Experiment am Paul Scherrer Institut (PIS, Villigen, Schweiz). Mu3 nutzt einen Myonenstrahl hoher Intensität um nach dem Zerfall von Myonen in drei Elektronen zu suchen. Dieser Zerfall ist nach dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik nicht beobachtbar, da er die Flavor-Verletzung im Bereich der geladenen Leptonen implizieren würde. Allerdings sehen einige Theorien jenseits des Standardmodells diesen Zerfall voraus. Der Mu3e-Detektor wird unter anderem aus drei monolithischen HVCMOS-Sensorschichten aufgebaut. Die Dicke der Sensorchips ist nur 50 Mikrometer und die gesamte Detektorfläche wird mehr als einen Quadratmeter betragen. Das Experiment wird derzeit in einer internationalen Kollaboration vorbereitet.

Zum Experiment

CLIC (Compact Linear Collider)

Am KIT-ADL entwickeln wir HVCMOS-Sensoren für zukünftige Linearcollider, wie z.B. den Compact Linear Collider (CLIC) . Es werden kapazitiv gekoppelte Pixeldetektoren (CCPDs) untersucht, die auf einem HVCMOS-Sensor und einem Auslesechip basieren. Die Signalübertragung von Chip zu Chip erfolgt durch kapazitive Kopplung.

Zum Experiment

Publikationen


Transceiver ASIC in HVCMOS Technology for 3D Ultrasound Computer Tomography.
Blanco, R.; Leys, R.; Schlote-Holubek, K.; Becker, L.; Zapf, M.; Steck, P.; Gemmeke, H.; Ruiter, N. V.; Peric, I.
2021. Proceedings of the International Workshop on Medical Ultrasound Tomography: 14.-15. Oct. 2019, Wayne State University, Detroit, Michigan, USA. Ed.: C. Böhm; T. Hopp; N. Ruiter; N. Duric, 259–270, KIT Scientific Publishing
Test results of ATLASPIX3 — A reticle size HVCMOS pixel sensor designed for construction of multi chip modules.
Schimassek, R.; Andreazza, A.; Augustin, H.; Barbero, M.; Benoit, M.; Ehrler, F.; Iacobucci, G.; Meneses, A.; Pangaud, P.; Prathapan, M.; Schöning, A.; Vilella, E.; Weber, A.; Weber, M.; Wong, W.; Zhang, H.; Perić, I.
2021. Nuclear instruments & methods in physics research / A, 986, Art.-Nr.: 164812. doi:10.1016/j.nima.2020.164812
MuPix8 — Large area monolithic HVCMOS pixel detector for the Mu3e experiment.
Augustin, H.; Berger, N.; Dittmeier, S.; Ehrler, F.; Grzesik, C.; Hammerich, J.; Herkert, A.; Huth, L.; Kröger, J.; Aeschbacher, F. M.; Perić, I.; Prathapan, M.; Schimassek, R.; Schöning, A.; Sorokin, I.; Weber, A.; Wiedner, D.; Zhang, H.; Zimmermann, M.
2019. Nuclear instruments & methods in physics research / A, 936, 681–683. doi:10.1016/j.nima.2018.09.095
Characterization results of a HVCMOS sensor for ATLAS.
Ehrler, F.; Benoit, M.; Dannheim, D.; Kiehn, M.; Nürnberg, A.; Perić, I.; Prathapan, M.; Schimassek, R.; Vanat, T.; Vicente, M.; Weber, A.; Zhang, H.
2019. Nuclear instruments & methods in physics research / A, 936, 654–656. doi:10.1016/j.nima.2018.08.069
Towards the large area HVCMOS demonstrator for ATLAS ITk.
Prathapan, M.; Benoit, M.; Casanova, R.; Dannheim, D.; Ehrler, F.; Kiehn, M.; Nürnberg, A.; Pangaud, P.; Schimassek, R.; Vilella, E.; Weber, A.; Wong, W.; Zhang, H.; Perić, I.
2019. Nuclear instruments & methods in physics research / A, 936, 389–391. doi:10.1016/j.nima.2018.11.022
Design of a HVCMOS pixel sensor ASIC with on-chip readout electronics for ATLAS ITk upgrade.
Prathapan, M.; Barrillon, P.; Benoit, M.; Casanova, R.; Ehrler, F.; Pangaud, P.; Pusti, S.; Schimassek, R.; Vilella, E.; Weber, A.; Wong, W.; Zhang, H.; Perić, I.
2019. Topical Workshop on Electronics for Particle Physics (TWEPP2018) - Posters: 17-21 September, 2018, Antwerp, Belgium, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA). doi:10.22323/1.343.0074
Measurement results on monolithic LFoundry HVCMOS sensors.
Schimassek, R.; Peric, I.
2019. DPG-Frühjahrstagung, Fachverband Teilchenphysik (2019), Aachen, Deutschland, 25.–29. März 2019
Charakterisierung von HVCMOS Sensoren für den ATLAS Pixeldetektor.
Ehrler, F.; Peric, I.; Schimassek, R.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Materie und Kosmos (SMuK 2018), Würzburg, Deutschland, 19.–23. März 2018
Large area HVCMOS pixel sensor prototype for ATLAS detector upgrade.
Prathapan, M.; Zang, H.; Weber, A.; Peric, I.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Materie und Kosmos (SMuK 2018), Würzburg, Deutschland, 19.–23. März 2018
HVCMOS Monolithic Sensors for the High Luminosity Upgrade of ATLAS Experiment.
Blanco, R.; Zhang, H.; Krämer, C.; Ehrler, F.; Schimassek, R.; Mohr, R. C.; Figueras, E. V.; Messaoud, F. G.; Leys, R.; Prathapan, M.; Weber, A.; Perić, I.
2017. Journal of Instrumentation, 12 (04), Art. Nr. C04001. doi:10.1088/1748-0221/12/04/C04001
Status of HVCMOS developments for ATLAS.
Perić, I.; Blanco, R.; Mohr, R. C.; Ehrler, F.; Messaoud, F. G.; Krämer, C.; Leys, R.; Prathapan, M.; Schimassek, R.; Schöning, A.; Figueras, E. V.; Weber, A.; Zhang, H.
2017. Journal of Instrumentation, 12 (2), C02030. doi:10.1088/1748-0221/12/02/C02030
HVCMOS pixel detectors - methods for enhancement of time resolution.
Schimassek, R.; Ehrler, F.; Peric, I.
2016. IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room-Temperature Semiconductor Detector Workshop (NSS/MIC/RTSD), 2016, Article no: 8069903, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/NSSMIC.2016.8069903
HVCMOS pixel detectors first measurements on the reticle size prototype for the ATLAS pixel layers.
Ehrler, F.; Peric, I.; Schimassek, R.
2016. IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room-Temperature Semiconductor Detector Workshop (NSS/MIC/RTSD), 2016, Article no: 8069901, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/NSSMIC.2016.8069901
HVCMOS pixel sensors.
Peric, I.; Ehrler, F.; Leys, R.; Blanco, R.
2015. Proceedings of the 14th IEEE Sensors 2015, Busan, South Korea, November 1-4, 2015. Hrsg.: H.G. Byun, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). doi:10.1109/ICSENS.2015.7370536
Overview of HVCMOS pixel sensors.
Perić, I.; Eber, R.; Ehrler, F.; Augustin, H.; Berger, N.; Dittmeier, S.; Graf, C.; Huth, L.; Perrevoort, A.-K.; Phillipp, R.; Repenning, J.; Bruch, D. vom; Wiedner, D.; Hirono, T.; Benoit, M.; Bilbao, J.; Risti, B.; Muenstermann, D.
2015. Journal of Instrumentation, 10 (5), Art.Nr. C05021. doi:10.1088/1748-0221/10/05/C05021