量子線イメージング検出器 - kek...sw2 analog signal memory timestamp memory...

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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: yasuo.arai@kek.jp

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]

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m]

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Event Display X-Axis

Y[ch]

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Z[m

m]

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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