Ein monolithischer Pikosekunden-Avalanche-Detektor
Das enorme Potential von Siliziumsensoren in der präzisen Zeitmessung ionisierender Teilchen ist noch lange nicht ausgeschöpft. Die derzeit besten Zeitauflösungen in gepixeltem Silizium hat das Projektkonsortium erreicht, das 50 ps mit rauscharmer, ultraschneller SiGe-HBT-Elektronik gemessen hat. In diesem Projekt wird ein neuartiger Siliziumsensor mit einer Verstärkungsschicht vorgestellt, der eine vollständig verarmte Mehrfachsperrschichtstruktur verwendet. Vollständige Simulationen des Sensors sagten hervorragende Ergebnisse voraus: Pixel von 50 x 50 µm2 können mit wenigen µm-Abstand zwischen den Pixeln zusammen mit einer Zeitauflösung im Pikosekundenbereich in einem monolithischen Sensor mit einer Dicke von bis zu 25 µm erreicht werden. Diese Ergebnisse werden mit einer monolithischen Implementierung und einem vereinfachten Montageprozess kombiniert.
IHP's Beitrag
Der von den Projektpartnern Universität Genf und EPFL entworfene monolithisch-integrierte Sensor wird am IHP in einer Multi-Projekt-Wafer-Fertigung in der Hochleistungs-SiGe-BiCMOS-Technologie SG13G2 hergestellt. Zusätzlich entwickelt das IHP einen Fabrikationsprozess für die Integration einer Verstärkungsschicht in das Si-Substrat. In einem zweiten Fertigungsablauf werden die integrierten Sensorchips in SG13G2-Technologie auf vorprozessierten Wafern mit integrierten Gain-Layern prozessiert.
Förderung
Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 777222 (ATTRACT) gefördert.
Projektpartner
- University Geneva
- INFN Tor Vergata
- EPFL Lausanne
Ausgewählte Publikationen
- G. Iacobucci et al., “A 50 ps resolution monolithic active pixel sensor without internal gain in SiGe BiCMOS technology”, Journal of Instrumentation”, vol. 14, p. 11008 (2019)