用于同步辐射的计数型硅像素探测器读出电子学研究进展indico.pdf

用于同步辐射的计数型硅像素探测器读出用于同步辐射的计数型硅像素探测器读出 电子学研究进展电子学研究进展 魏微魏微 宁哲宁哲 张杰张杰 卢云鹏卢云鹏 樊磊樊磊 李怀申李怀申 江晓山 王铮 蓝克坚 欧阳群 朱科军 陈元柏 刘鹏 核探测与核电子学国家重点实验室 2015-07-22 主要内容 • 项目背景 • 项目整体进展项目整体进展 • 读出芯片设计 – 像素单元电路像素单元电路 – 芯片整体设计 • 芯片测试结果 – 测试读出系统 – 纯芯片测试 – Sensor联联调测试试 • 倒装焊工艺评估结果 • 读出模块初步设计读出模块初步设计 • 对比和总结 2 高能同步辐射光源硅像素探测器预研 • 针对同步辐射应用，力争实现实用化的硅像素探测 器系统 • 项目时间项目时间20152015 • 力争掌握像素读出芯片设计和读出电子学模块设计 的关键核心技术 • 参照目前同步光源主要探测器的需求和指标，像素 单元电路工作在单光子计数模式下，每帧可以完成 对入射粒子数的数字积分 • 探测器整体方案基于成熟的混合型像素探测器结构， 即全耗尽体硅传感器+倒装焊连接+像素ASIC读出 芯片方案 • 项目验收指标 • 项目设计指标 – 灵敏面积：8cm ×8cm – 灵敏面积：8cm ×8cm – 像素尺寸：200μm ×200μm – 像素尺寸：150μm ×150μm – 帧刷新率： 100Hz – 帧刷新率：1kHz – 动态范围动态范围：20bit20bit – 动态范围动态范围：20bit20bit – 能量范围：8~20keV – 能量范围：8~20keV 3 硅像素探测器预研 • 项目目标： – 制备硅像素探测器Sensor的条件还不具备， 主要是参加主要是参加Sensor的合作设计和测试的合作设计和测试，积累积累 相关经验 – 独立完成像素读出芯片和读出系统的设计， 掌握芯片设计的核心技术 – 利用合作单位Bump Bonding成熟技术，完 成系统封装，掌握先进封装相关设计技术 – 完成像素成像系统的机械系统设计，在先进 封装、像素冷却系统设计方面积累经验 • 芯片设计目标 像素单元尺寸 150μm ×150μm 刷新率 100~1kHz 芯片规模芯片规模 7272列列××104104行行 总通道数总通道数 工作模式 数字积分（计数） 计数深度 20bit ENCENC 好于好于200e200e 能量探测范围能量探测范围 8keV8keV~20keV20keV 像素单元功耗 50μW/pixel 芯片总功耗 400mW 4 读出电子学项目整体进展 2012.5 单像素芯片 芯片测试 72 ×104全尺尺寸