Los detectores de píxeles híbridos son un tipo de detector de radiación ionizante que consta de una serie de diodos basados en tecnología de semiconductores y sus componentes electrónicos asociados. El término "híbrido" se deriva del hecho de que los dos elementos principales a partir de los cuales se construyen estos dispositivos, el sensor semiconductor y el chip de lectura (también conocido como circuito integrado específico de la aplicación o ASIC), se fabrican de forma independiente y luego se acoplan eléctricamente por medios de un proceso de unión por golpes . Las partículas ionizantes se detectan cuando producen pares de electrones y huecos a través de su interacción con el elemento sensor, generalmente hecho de silicio dopado o telururo de cadmio.. El ASIC de lectura está segmentado en píxeles que contienen la electrónica necesaria para amplificar y medir las señales eléctricas inducidas por las partículas entrantes en la capa del sensor.
Los detectores de píxeles híbridos diseñados para funcionar en modo de fotón único se conocen como detectores de conteo de fotones híbridos (HPCD). Estos detectores están diseñados para contar el número de impactos dentro de un cierto intervalo de tiempo. Se han convertido en un estándar en la mayoría de las fuentes de luz de sincrotrón y aplicaciones de detección de rayos X. [1]
Historia
Los primeros detectores de píxeles híbridos se desarrollaron en las décadas de 1980 y 1990 para experimentos de física de partículas de alta energía en el CERN . [2] Desde entonces, muchas grandes colaboraciones han continuado desarrollando e implementando estos detectores en sus sistemas, como los experimentos ATLAS , CMS y ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones . [3] [4] [5] Usando detectores de píxeles de silicio como parte de sus sistemas de seguimiento internos, estos experimentos pueden determinar la trayectoria de las partículas producidas durante las colisiones de alta energía que estudian. [6]
La innovación clave para la construcción de detectores de píxeles de área tan grande fue la separación del sensor y la electrónica en capas independientes. Dado que los sensores de partículas requieren silicio de alta resistividad, mientras que la electrónica de lectura requiere baja resistividad, la introducción del diseño híbrido permitió optimizar cada elemento individualmente y luego acoplarlos a través de un proceso de unión por golpes que involucra soldadura microscópica por puntos. [7]
Pronto se descubrió que la misma tecnología híbrida podría utilizarse para la detección de fotones de rayos X. A finales de la década de 1990, los primeros detectores de recuento de fotones híbridos (HPC) desarrollados por CERN y PSI se probaron con radiación de sincrotrón. [8] Nuevos desarrollos en el CERN dieron como resultado la creación del chip Medipix y sus variaciones.
El primer detector HPC de área grande se construyó en 2003 en PSI basado en el chip de lectura PILATUS. La segunda generación de este detector, con electrónica de lectura mejorada y píxeles más pequeños, se convirtió en el primer detector de HPC que funciona de forma rutinaria en un sincrotrón. [9]
En 2006, la empresa DECTRIS se fundó como una escisión de PSI y comercializó con éxito la tecnología PILATUS. Desde entonces, detectores basados en los Pilatus sistemas y EIGER han sido ampliamente utilizados para la dispersión de ángulo pequeño , dispersión coherente , de difracción de polvo de rayos X y espectroscopia de aplicaciones. Las principales razones del éxito de los detectores HPC son la detección directa de fotones individuales y la determinación precisa de las intensidades de dispersión y difracción en un amplio rango dinámico. [10]
Ver también
Referencias
- ↑ Brönnimann, C .; Trüb, P. (2018). "Detectores de rayos X de recuento de fotones de píxeles híbridos para radiación de sincrotrón". En E Jaeschke; S Khan; JR Schneider; JB Hastings (eds.). Fuentes de luz de sincrotrón y láseres de electrones libres . Cham, Suiza: Springer International. págs. 995-1027. doi : 10.1007 / 978-3-319-14394-1_36 . ISBN 978-3-319-14393-4.
- ^ Delpierre, P (1994). "Detectores de píxeles y detectores de rayos X de silicio" (PDF) . Journal de Physique IV . 04 : 11-18. doi : 10.1051 / jp4: 1994902 .
- ^ Weigell, P; et al. (2011). "Caracterización y rendimiento de detectores de píxeles de silicio n-en-p para las actualizaciones de ATLAS". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección A: Aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 658 (1): 36–40. arXiv : 1012.3595 . Código Bibliográfico : 2011NIMPA.658 ... 36W . doi : 10.1016 / j.nima.2011.04.049 .
- ^ Allkofer, Y; et al. (2008). "Diseño y rendimiento de los sensores de silicio para el detector de píxeles de barril CMS". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección A: Aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 584 (1): 25–41. arXiv : física / 0702092 . Código bibliográfico : 2008NIMPA.584 ... 25A . doi : 10.1016 / j.nima.2007.08.151 .
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- ^ Rossi, L; et al. (2006). "Detectores de píxeles: de los fundamentos a las aplicaciones" . Berlín, Alemania: Springer . Aceleración y detección de partículas. doi : 10.1007 / 3-540-28333-1 . ISBN 978-3-540-28332-4.
- ^ Delpierre, P (2014). "Una historia de los detectores de píxeles híbridos, desde la física de alta energía hasta la imagen médica". Revista de instrumentación . 9 (5): C05059. doi : 10.1088 / 1748-0221 / 9/05 / C05059 .
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