量子線イメージング検出器 - KEK...SW2 Analog signal memory Timestamp memory...
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Silicon-On-Insulator (SOI) 量子線イメージング検出器 高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 新井康夫，山田美帆 URL http://rd.kek.jp/project/soi/, e-mail: [email protected] 半導体センサーの優れた検出能力と集積 回路の高機能を併せ持つ3次元構造の量子 イメージング検出器． SOI 検出器の特徴 • 機械的接合がなく半導体微細加工のみ． • 高信頼性，高分解能，低価格． • 薄型センサー（~50 μm）から高感度センサー （~500 μm）まで放射線の種類に応じた厚さが可能． • 画素内で高度信号処理回路やメモリーを持つ インテリジェント・ピクセルが可能． SOFIST ver.1 SOFIST ver.2 D Q D Q SW1 SW2 SW1 SW2 Pre-amp Comparator Vth SW1 SW2 Analog signal memory Timestamp memory Shift-register Ramp signal Timestamp output Signal output 2.9 mm 角チップ 20 μm 角ピクセル 50 × 50 ピクセルアレイ Analog pixel プリアンプ （Charge Sensitive Amplifier） ゲイン: 32 μV/e - 1MIP（4000 e - ）~0.13 V アナログメモリー（2個） 4.5 mm 角チップ 25 μm 角ピクセル Time stamp pixel 64 × 64ピクセルアレイ → 時間計測用ピクセル Analog pixel 16 × 64ピクセルアレイ → 位置計測用ピクセル プリアンプ（CSA） コンパレーター（Chopper Inverter） ラッチ（D-FF × 2） アナログメモリー（2個） 2016 年 12 月に納品予定． SOFIST ピクセル内 信号読出回路 90 Sr ベータ線飛跡 ILC 実験用バーテックス検出器 • ヒッグス粒子の精密測定と新物理探索が目的． • チャームやボトムクォーク，タウレプトンを識別する ため高位置分解能を持った検出器が必要． • 1ビームトレイン内でのヒットを時間情報で識別する ための機能もピクセルごとに必要． → 位置・時間同時計測可能な高精細ピクセル検出器． 554 ns 間隔でバンチが衝突 時間計測 位置計測 SOFIST ver.1 X[ch] 0 50 100 150 200 250 Z[mm] 0 50 100 150 200 250 Beam SVX4 strip detector (50 μm pitch) SVX4 strip detector (50 μm pitch) SOFIST FPIX 8×8 μm 2 pixel FPIX 8×8 μm 2 pixel Scintillator Scintillator Master DAQ board Busy and Time stamp clock Trigger SOFIST Expected hit position SVX4 strip channel 460 MeV 陽電子ビームによる 飛跡再構成試験 Hit on SVX4 Hit on SVX4
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Silicon-On-Insulator (SOI) 量子線イメージング検出器
高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 新井康夫，山田美帆 URL http://rd.kek.jp/project/soi/, e-mail: [email protected]
半導体センサーの優れた検出能力と集積回路の高機能を併せ持つ3次元構造の量子イメージング検出器．
SOI 検出器の特徴 • 機械的接合がなく半導体微細加工のみ． • 高信頼性，高分解能，低価格． • 薄型センサー（~50 μm）から高感度センサー （~500 μm）まで放射線の種類に応じた厚さが可能．
• 画素内で高度信号処理回路やメモリーを持つ インテリジェント・ピクセルが可能．
SOFIST ver.1 SOFIST ver.2
D Q D QSW1 SW2
SW1
SW2Pre-amp
Comparator
Vth
SW1
SW2
Analog signal memory
Timestamp memory
Shift-register
Ramp signal
Timestamp output
Signal output
2.9 mm 角チップ 20 μm 角ピクセル 50 × 50 ピクセルアレイ Analog pixel プリアンプ （Charge Sensitive Amplifier） ゲイン: 32 μV/e- 1MIP（4000 e-）~0.13 V
アナログメモリー（2個）
4.5 mm 角チップ 25 μm 角ピクセル Time stamp pixel 64 × 64ピクセルアレイ → 時間計測用ピクセル Analog pixel 16 × 64ピクセルアレイ → 位置計測用ピクセル プリアンプ（CSA） コンパレーター（Chopper Inverter） ラッチ（D-FF × 2） アナログメモリー（2個）
2016 年 12 月に納品予定．
SOFIST ピクセル内 信号読出回路
90Sr ベータ線飛跡
ILC 実験用バーテックス検出器 • ヒッグス粒子の精密測定と新物理探索が目的． • チャームやボトムクォーク，タウレプトンを識別するため高位置分解能を持った検出器が必要．
• 1ビームトレイン内でのヒットを時間情報で識別するための機能もピクセルごとに必要． → 位置・時間同時計測可能な高精細ピクセル検出器．
554 ns 間隔でバンチが衝突
時間計測
位置計測
SOFIST ver.1
X[ch]
0 50 100 150 200 250
Z[m
m]
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Event Display X-Axis
Y[ch]
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Z[m
m]
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50
100
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Event Display Y-Axis
Beam
SVX4strip detector(50 μm pitch)
SVX4strip detector(50 μm pitch)
SOFIST
FPIX8×8 μm2 pixel
FPIX8×8 μm2 pixel
Scintillator
Scintillator
MasterDAQ board
Busy andTime stamp clock
Trigger
SOFIST Expected hit position
SVX4 strip channel
460 MeV 陽電子ビームによる 飛跡再構成試験
Hit on SVX4
Hit on SVX4
