HVCMOS-Sensoren
Ansprechpartner: Prof. Dr. Ivan Peric
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.
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:
- Entwicklung von kleinflächigen Prototypen, die die Spezifikationen bezüglich Strahlungstoleranz, Zeitauflösung und Detektoreffizienz erfüllen.
- Entwicklung von großflächigen Prototypen in Form der kapazitiv gekoppelten Pixeldetektoren (CCPDs) und der monolithischen Detektoren (HVMAPS).
- Entwurf eines großflächigen Prototyps, der mit dem ATLAS Upgrade Inner Tracker (ITk) Quad-Modul kompatibel ist.
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.
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.
Publikationen
Steinhebel, A. L.; Ott, J.; Kroger, O.; Caputo, R.; Fadeyev, V.; Affolder, A.; Affolder, K.; Deshmekh, A.; Striebig, N.; Jadhav, M.; Suda, Y.; Fuzakawa, Y.; Metcalfe, J.; Leys, R.; Peric, I.; Shin, T. K. W.; Violette, D. P.
2024. Space Telescopes and Instrumentation 2024: Ultraviolet to Gamma Ray, Yokohama, 16th-22nd June 2024, Art.-Nr.: 130937S, SPIE. doi:10.1117/12.3018495
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
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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.
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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
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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
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2019. DPG-Frühjahrstagung, Fachverband Teilchenphysik (2019), Aachen, Deutschland, 25.–29. März 2019
Ehrler, F.; Peric, I.; Schimassek, R.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Materie und Kosmos (SMuK 2018), Würzburg, Deutschland, 19.–23. März 2018
Prathapan, M.; Zang, H.; Weber, A.; Peric, I.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Materie und Kosmos (SMuK 2018), Würzburg, Deutschland, 19.–23. März 2018
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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.
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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
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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