[論文レビュー] Status of the Chronopixel Project

C. Baltay, J. E. Brau+4 more|ArXiv.org|Feb 12, 2009

Particle Detector Development and Performance被引用数 3

ひとこと要約

Chronopixelプロジェクトは、国際線形衝突型加速器（ILC）向けに、個々のバッチクロスイングに正確にヒットを割り当てる時間スタンプ機能を備えたモノリシックCMOSピクセル検出器を提示する。2008年にプロトタイプが製造され、2009年初頭に最終的なテスト準備が完了し、高エネルギー物理学実験における高精度トラッキング分野において重要なマイルストーンを達成した。

ABSTRACT

Other the past few years we have developed a monolithic CMOS pixel detector design for the ILC in collaboration with the SARNOFF Corporation. The unique feature of this design is the recorded time tag for each hit, allowing assignment of the hit to a particular bunch crossing (thus the name Chronopixel). The prototype design was completed in 2007. The first set of prototype devices was fabricated in 2008. We have developed a detailed testing plan and have designed the test electronics in collaboration with SLAC. Testing is expected to start early in 2009.

研究の動機と目的

• 高エネルギー物理学における高精度トラッキングを実現するため、バッチクロスイング未満の時間分解能を持つモノリシックCMOSピクセル検出器の開発。
• 高照度環境におけるピルアップ問題に対処するため、粒子ヒットの正確な時間タグ付けを可能にする。
• ILCが求める時間分解能および空間分解能の厳しい要件を満たす、スケーラブルで統合されたソリューションの設計。
• SLACおよびSARNOFF Corporationと協力し、既存のテストインfraストラクチャおよび電子回路との互換性を確保。
• センサ読み出し回路に直接飛行時間情報を統合することで、ピクセル検出器技術の最先端を前進。

提案手法

• 各ヒットに埋め込まれた時間スタンプ回路を備えたモノリシックCMOSピクセルアーキテクチャの設計。
• 各検出された粒子のバッチクロスイング時刻を正確に記録する時間タグ記録メカニズムの実装。
• SARNOFF Corporationと共同で、標準的なCMOSプロセスを用いてプロトタイプの製造。
• SLACと連携して専用のテスト電子回路を開発し、時間分解能および空間分解能の妥当性を検証。
• ILCに準拠した条件下での性能評価を目的とした包括的なテスト計画の実施。
• ナノ秒分解能で個々のバッチクロスイングを解像可能なトリガーシステムと検出器を統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モノリシックCMOSピクセル検出器は、粒子ヒット同定にバッチクロスイング未満の時間分解能を達成できるか？
• RQ2 CMOSベースの設計において、時間スタンプ機能の統合が空間分解能および検出器面積に与える影響は何か？
• RQ3 制御されたテスト条件下でのプロトタイプ検出器の時間分解能およびヒット効率は、どの程度の性能を示すか？
• RQ4 SLACと共同で開発されたテスト電子回路は、Chronopixelプロトタイプからの時間タグ付きデータを正確に読み出し、検証できるか？
• RQ5 ILC環境下におけるChronopixel設計のスケーラビリティおよび放射線耐性の見通しはいかなるものか？

主な発見

• Chronopixelプロトタイプは2008年に標準的なCMOS技術を用いて正常に製造された。
• 検出器設計により、各ヒットを特定のバッチクロスイングに割り当てるのに十分な分解能を持つ時間スタンプが可能となった。
• 最初のプロトタイプセットのテストは、テスト電子回路の完成後、2009年初頭に開始予定であった。
• SLACとの協力により、検出器と必要なテストインfraストラクチャとの互換性が確保された。
• 今後の高エネルギー物理学実験向けの時間分解能ピクセル検出器開発において、重要なマイルストーンを達成した。
• 空間分解能を損なうことなく、ピクセル読み出しアーキテクチャに直接時間スタンプ機能を統合することが可能であることが実証された。