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TSV工艺X射线像素阵列探测器研究取得重要进展

辐射成像 X射线 同步辐射 探测器
发布:2020-11-17 11:06:14     来源:中科院高能物理研究所

近日,中科院高能所同步辐射硅像素探测器研发团队在新型像素阵列探测器研究方面取得重要进展,团队成功研制出基于硅通孔技术(Through Silicon Via,TSV)的探测器工程样机。TSV技术的成功应用大幅缩小了模块间的缝隙宽度,同时还改善了探测器在低能区的响应。这一进展标志着高能所在先进X射线像素探测器的设计、工艺研究及系统集成上达到了国内领先水平,所有关键技术及工艺方法全部实现国产化,样机性能指标达到国际主流同类探测器产品水平。

TSV技术是一项新兴的高密度封装技术,可以实现芯片间的垂直电气互连,包括深硅刻蚀微孔、绝缘层/阻挡层/种子层的沉积、深孔填充、化学机械抛光、减薄、PAD制备以及再分布线制备等多项工艺技术。研发人员经过一年多的工艺摸索和实验改进,成功将模块间的缝隙宽度由上一代工程样机的9毫米减小为2.5毫米。该工程样机由18个探测模块组成,按照3×6方式排列,单模块是208×288的像素阵列,像素尺寸为150μm×150μm。研发团队在本轮同步辐射专用光期间,利用Cu荧光(约8KeV)产生的较大均匀光场对该工程样机进行了各项性能的测试和标定,完成了样机的能量响应、像素坏点率测试及平场校正,并获得了成像实验数据结果。

探测器研发团队由高能所实验物理中心和多学科中心人员组成,他们在硅传感器芯片研发、探测器模块研制、专用集成电路研究、读出电子学和数据获取系统设计、机械结构设计等方面通力合作。该样机的成功研制,更加坚定了研究团队继续攻坚克难的信心和决心。未来,高能所将继续深入推进国产硅像素探测器的研究工作,全面掌握此类探测器的核心关键技术,提升光源的核心竞争力,为将来在高能同步辐射光源上先进探测技术的应用打下坚实的基础。同时,该项目相关技术还有望应用到其他领域,包括CT、质子治癌、医疗成像、空间成像探测器等。

本项目得到了高能同步辐射光源、先进光源技术研发与测试平台、国家自然科学基金委、核探测与核电子学国家重点实验室的支持。


 

X射线像探测器外观

探测器由内部18个探测单元模块拼接组成

在同步辐射束线上工作的探测器样机及制冷机

探测器在本轮同步光测试中得到的小鱼X射线透射图

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