Hybrydowy detektor pikseli
Hybrydowe detektory pikseli to rodzaj detektora promieniowania jonizującego składającego się z szeregu diod opartych na technologii półprzewodnikowej i związanej z nimi elektroniki. Termin „hybrydowy” wynika z faktu, że dwa główne elementy, z których zbudowane są te urządzenia, czujnik półprzewodnikowy i układ odczytowy (znany również jako układ scalony specyficzny dla aplikacji lub ASIC), są wytwarzane niezależnie, a następnie elektrycznie sprzężone za pomocą typu „bump bonding”. proces. Cząsteczki jonizujące są wykrywane, gdy wytwarzają pary elektron-dziura poprzez ich interakcję z elementem czujnika, zwykle wykonanym z domieszkowanego krzemu lub tellurku kadmu . Odczyt ASIC jest podzielony na piksele zawierające elektronikę niezbędną do wzmocnienia i pomiaru sygnałów elektrycznych indukowanych przez napływające cząstki w warstwie czujnika.
Hybrydowe detektory pikseli przeznaczone do pracy w trybie pojedynczego fotonu są znane jako hybrydowe detektory zliczania fotonów (HPCD). Detektory te są przeznaczone do zliczania liczby trafień w określonym przedziale czasu. Stały się standardem w większości synchrotronowych źródeł światła i zastosowań do wykrywania promieniowania rentgenowskiego .
Historia
Pierwsze hybrydowe detektory pikseli zostały opracowane w latach 80. i 90. na potrzeby eksperymentów fizyki cząstek elementarnych w CERN . Od tego czasu wiele dużych kolaboracji kontynuowało rozwój i wdrażanie tych detektorów do swoich systemów, takich jak ATLAS , CMS i ALICE w Wielkim Zderzaczu Hadronów . Wykorzystując detektory pikseli krzemowych jako część ich wewnętrznych systemów śledzenia, eksperymenty te są w stanie określić trajektorię cząstek wytwarzanych podczas zderzeń o wysokiej energii, które badają.
Kluczową innowacją w konstrukcji tak dużych detektorów pikselowych było rozdzielenie czujnika i elektroniki na niezależne warstwy. Biorąc pod uwagę, że czujniki cząstek wymagają krzemu o wysokiej rezystywności, podczas gdy elektronika odczytująca wymaga niskiej rezystywności, wprowadzenie konstrukcji hybrydowej umożliwiło indywidualną optymalizację każdego elementu, a następnie połączenie ich ze sobą w procesie łączenia uderzeniowego obejmującym mikroskopijne lutowanie punktowe.
Wkrótce zdano sobie sprawę, że ta sama technologia hybrydowa może być wykorzystana do wykrywania fotonów rentgenowskich. Pod koniec lat 90. XX wieku pierwsze hybrydowe detektory zliczające fotony (HPC) opracowane przez CERN i PSI przetestowano z promieniowaniem synchrotronowym. Dalszy rozwój w CERN zaowocował stworzeniem Medipix i jego odmian.
Pierwszy wielkopowierzchniowy detektor HPC został zbudowany w 2003 roku w PSI w oparciu o układ odczytowy PILATUS. Druga generacja tego detektora, z ulepszoną elektroniką odczytu i mniejszymi pikselami, stała się pierwszym detektorem HPC, który rutynowo działał w synchrotronie.
jako spin-off PSI powstała firma DECTRIS , która z sukcesem skomercjalizowała technologię PILATUS. Od tego czasu detektory oparte na systemach PILATUS i EIGER są szeroko stosowane w zastosowaniach związanych z rozpraszaniem pod małymi kątami , rozpraszaniem koherentnym , rentgenowskiej dyfrakcji proszkowej i spektroskopii . Głównymi przyczynami sukcesu detektorów HPC jest bezpośrednia detekcja pojedynczych fotonów oraz dokładne określenie intensywności rozpraszania i dyfrakcji w szerokim zakresie dynamicznym.