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TSV工藝X射線像素陣列探測器研究取得重要進展
2020-11-13|文章来源: HEPS、PAPS、实验物理中心、多学科中心 |【
 

  近日,中科院高能所同步輻射矽像素探測器研發團隊在新型像素陣列探測器研究方面取得重要進展,團隊成功研制出基于矽通孔技術(Through Silicon ViaTSV)的探測器工程樣機。TSV技術的成功應用大幅縮小了模塊間的縫隙寬度,同時還改善了探測器在低能區的響應。這一進展標志著高能所在先進X射線像素探測器的設計、工藝研究及系統集成上達到了國內領先水平,所有關鍵技術及工藝方法全部實現國産化,樣機性能指標達到國際主流同類探測器産品水平。 

  TSV技術是一項新興的高密度封裝技術,可以實現芯片間的垂直電氣互連,包括深矽刻蝕微孔、絕緣層/阻擋層/種子層的沈積、深孔填充、化學機械抛光、減薄、PAD制備以及再分布線制備等多項工藝技術。研發人員經過一年多的工藝摸索和實驗改進,成功將模塊間的縫隙寬度由上一代工程樣機的9毫米減小爲2.5毫米。該工程樣機由18個探測模塊組成,按照3×6方式排列,單模塊是208×288的像素陣列,像素尺寸爲150μm×150μm。研發團隊在本輪同步輻射專用光期間,利用Cu熒光(約8KeV)産生的較大均勻光場對該工程樣機進行了各項性能的測試和標定,完成了樣機的能量響應、像素壞點率測試及平場校正,並獲得了成像實驗數據結果。 

  探測器研發團隊由高能所實驗物理中心和多學科中心人員組成,他們在矽傳感器芯片研發、探測器模塊研制、專用集成電路研究、讀出電子學和數據獲取系統設計、機械結構設計等方面通力合作。該樣機的成功研制,更加堅定了研究團隊繼續攻堅克難的信心和決心。未來,高能所將繼續深入推進國産矽像素探測器的研究工作,全面掌握此類探測器的核心關鍵技術,提升光源的核心競爭力,爲將來在高能同步輻射光源上先進探測技術的應用打下堅實的基礎。同時,該項目相關技術還有望應用到其他領域,包括CT、質子治癌、醫療成像、空間成像探測器等。 

  本項目得到了高能同步輻射光源、先進光源技術研發與測試平台、國家自然科學基金委、核探測與核電子學國家重點實驗室的支持。 

X射線像探測器外觀

探測器由內部18個探測單元模塊拼接組成

在同步輻射束線上工作的探測器樣機及制冷機

探測器在本輪同步光測試中得到的小魚X射線透射圖


 
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