[New Physics: SaeMulli Highlight Paper]
(Written in Korean. 한국어로 작성된 논문임)
https://www.npsm-kps.org/journal/view.html?uid=7292
https://doi.org/10.3938/NPSM.70.1059
Pixel Design Study of a CMOS Monolithic Active Pixel Sensor for the Charge Collection time
CMOS 단일형 활성 픽셀 센서의 디자인에 따른 전하수집시간 연구
Sanghyeon LEE, In-Kwon YOO*
Received: September 1, 2020; Revised: October 26, 2020; Accepted: October 26, 2020
[Abstract] A new silicon chip (INVESTIGATOR) manufactured for R&D purposes has 134 mini-matrices with various pixel designs. Each matrix consists of 8 × 8 pixels, which put out 64 analogue signals at 65 MHz. The silicon pixel design is based on the newest technology of the complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) monolithic active pixel sensor (MAPS), which integrates the silicon sensor and the read-out circuitry in a pixel. The MAPS has advantages of low power consumption, high granularity of a pixel, and fast read-out. In this paper, the charge collection time for different pixel designs and reverse bias voltages is studied by using the INVESTIGATOR. The charge collection time is estimated by fitting the waveform for changing pixel pitch, reverse bias voltage, diameter of collection n-well diode, and spacing. Based on these results, we discuss the dependence of the relative depletion volume and the charge collection time on the pixel geometry.
Keywords: Silicon pixel detector, Monolithic active pixel sensor, Charge collection time
[Abstract in Korean: 한국어 초록] 신형 실리콘 칩 INVESTIGATOR는 다양한 픽셀 디자인의 134개 미니 매트릭스로 구성된 연구개발용 칩으로서, 8×8 픽셀 단위의 각 미니 매트릭스는 65 MHz로 64개의 아날로그 신호를 출력한다. 이 INVESTIGATOR-칩의 픽셀은 한 픽셀 내에 센서와 신호처리회로를 집적한 최신 CMOS(상보성 금속-산화물 반도체, Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 단일형 활성 픽셀 센서 (Monolithic Active Pixel Sensor: MAPS) 기술에 기반하였으며, 낮은 전력 소비, 높은 픽셀 밀도 및 빠른 신호처리의 이점을 가지고 있다. 이 논문에서는 이 INVESTIGATOR-칩을 이용하여 이 픽셀의 디자인과 역바이어스-전압에 따른 전하수집시간 (Charge Collection Time, C.C.T.) 을 연구하였다. 픽셀 크기, 역바이어스-전압 (VBB), 전하가 수집되는 n-웰 다이오드의 크기 및 스페이싱의 변화에 대한 전하수집시간을 측정하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 픽셀 디자인에 따른 공핍층의 상대적 크기와의 상관관계를 논의하였다.
Keywords in Korean - 한국어 키워드: 실리콘 픽셀 검출기, 단일형 활성 픽셀 센서, 전하수집시간