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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:2505.12857v1 (physics)
[提交于 2025年5月19日 (此版本) , 最新版本 2025年6月9日 (v2) ]

标题: 像素单元布局对三维传感器时序性能的影响

标题: The influence of pixel cell layout on the timing performance of 3D sensors

Authors:Clara Lasaosa, Marcos Fernández, Iván Vila, Jordi Duarte-Campderros, Gervasio Gómez, Salvador Hidalgo, Giulio Pellegrini
摘要: 三维(3D)像素传感器是高辐射环境中实现四维跟踪范式的有前景的技术。尽管它们在抗辐射方面具有优势,但3D像素传感器表现出非均匀的电场和权重场,这可能会降低时间性能。本研究探讨了像素单元几何形状对IMB-CNM制造的3D柱状电极传感器时间特性的影响,比较了方形和六边形布局。这些传感器使用双光子吸收瞬态电流技术(TPA-TCT)进行了表征,提供了载流子到达时间(ToA)的高分辨率三维图谱。在多个深度和偏置电压下的测量结果显示,方形几何结构相比六边形配置产生了更均匀的时间响应。此外,引入了一种基于新型TPA-TCT的方法来确定传感器抖动,该方法依赖于在相同条件下获得的TPA-TCT脉冲序列中连续脉冲之间时间差的分析。这些发现强调了未来4D跟踪探测器像素设计优化的重要性,并确认TPA-TCT方法是详细时间特性表征的强大工具。
摘要: Three-dimensional (3D) pixel sensors are a promising technology for implementing the 4D-tracking paradigm in high-radiation environments. Despite their advantages in radiation tolerance, 3D pixel sensors exhibit non-uniform electric and weighting fields that can degrade timing performance. This study explores the impact of pixel cell geometry on the timing characteristics of 3D columnar-electrode sensors fabricated by IMB-CNM, comparing square and hexagonal layouts. The sensors were characterized using the Two-Photon Absorption Transient Current Technique (TPA-TCT), providing high-resolution three-dimensional maps of the Time-of-Arrival (ToA) of charge carriers. Measurements at multiple depths and bias voltages reveal that the square geometry yields a more uniform temporal response compared to the hexagonal configuration. Additionally, a novel TPA-TCT-based method was introduced to determine the sensor jitter, relying on the analysis of the time difference between consecutive pulses in the TPA-TCT pulse train acquired under identical conditions. These findings underline the importance of pixel design optimization for future 4D-tracking detectors and confirm the TPA-TCT method as a powerful tool for detailed timing characterization.
评论: 10页,9幅图,提交给JINST以纳入会议论文集
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det) ; 高能物理 - 实验 (hep-ex)
引用方式: arXiv:2505.12857 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:2505.12857v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.12857
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Clara Lasaosa García [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 19 日 08:42:43 UTC (2,409 KB)
[v2] 星期一, 2025 年 6 月 9 日 14:19:00 UTC (2,416 KB)
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