CEPC硅像素傳感器預(yù)研項目取得突破性進展

中國科學(xué)家提出的高能環(huán)形正負電子對撞機（CEPC）旨在精確測量希格斯粒子的基本屬性，并通過希格斯探索超出標準模型的新物理。CEPC團隊在開展并完成加速器和探測器概念設(shè)計報告的同時，有序展開了各項關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)研究。頂點探測器作為CEPC實驗探測器中的核心器件，需要利用最前沿的硅像素探測器技術(shù)建造。在實現(xiàn)高位置分辨率、高讀出速率、低功耗的同時，還應(yīng)具備優(yōu)異的抗輻照性能。自2014年起，在中國科學(xué)院高能物理研究所自主創(chuàng)新經(jīng)費的支持下，實驗物理中心組織隊伍開展該項關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。團隊瞄準領(lǐng)域內(nèi)最新的CMOS硅像素探測器技術(shù)，自主完成傳感器設(shè)計、提交流片，成功研制測試系統(tǒng)并完成束流測試性能標定。

JadePix 1芯片實物

束流測試標定的芯片位置分辨率

區(qū)別于傳統(tǒng)類型的硅像素探測器，CMOS硅像素探測器將靈敏探測區(qū)域和前端讀出電子學(xué)直接集成到相同硅基襯底上，更適合于制作高分辨率和低物質(zhì)量的硅探測器。實驗物理中心職工自主設(shè)計的原型芯片JadePix 1基于180nm CMOS圖像傳感器工藝。2015年11月提交流片，2016年年中獲得芯片并開始研制測試系統(tǒng)。經(jīng)過一年時間的改版和調(diào)試，成功讀取傳感器信號。2018年開始，利用放射源測試，初步完成增益刻度和電荷收集效率等性能研究。2018年9月初，利用德國電子同步加速器研究所（DESY）的實驗電子束標定JadePix1的位置分辨率。初步結(jié)果表明大像素陣列（像素尺寸：33微米 x 33微米）的位置分辨率好于5微米，小像素陣列（像素尺寸：16微米 x 16微米）好于3.5微米。此外，經(jīng)中子輻照后，芯片位置分辨率無顯著降低。

近年來，實驗物理中心將先進硅探測器技術(shù)及相關(guān)電子學(xué)作為重點學(xué)科發(fā)展方向。積極參加、承擔ATLAS硅徑跡探測器升級任務(wù)等國際合作項目，努力提升硅探測器設(shè)計、協(xié)同制作能力。與此同時積極部署，自主研制用于同步輻射X-光探測的硅像素探測器，并已成功完成工程樣機，計劃部署在在建的高能同步輻射光源（HEPS）線站上。在面向CEPC頂點探測器預(yù)研方面，將基于現(xiàn)有CMOS/SOI等預(yù)研基礎(chǔ)，研制完整功能硅像素芯片、建造硅像素探測器原型樣機。

該研究項目得到核探測與核電子學(xué)國家重點實驗室、所創(chuàng)新基金、國家***和王貽芳萬人計劃工作室等的資助。