Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006

Elettronica di front-end per Elettronica di front-end per sensori monolitici a pixel attivi sensori monolitici a pixel attivi

in tecnologia CMOS deep in tecnologia CMOS deep submicron a tripla wellsubmicron a tripla well

C. Andreoli1,2, E. Pozzati1,2, M. Manghisoni2,3, L. Ratti1,2, G. Traversi2,3

3. Università di Bergamo Dipartimento di Ingegneria

Industriale

2. INFN Sezione di Pavia

1. Università di Pavia Dipartimento di Elettronica

Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006

MAPS CMOS convenzionaliMAPS CMOS convenzionaliI sensori monolitici a pixel attivi vengono considerati molto promettenti per applicazioni di fisica delle alte energie per i seguenti motivi:

• giunzione di rivelazione ed elettronica di lettura vengono integrate sullo stesso substrato

• il rivelatore può essere assottigliato fino a qualche decina di μm

• elevata resistenza alle radiazioni

• elevata densità funzionale e versatilità

• bassa dissipazione di potenza e bassi costi di produzione

Schemi di lettura semplici e basati su soli transistori NMOS

Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006

MAPS CMOS in tecnologia a tripla MAPS CMOS in tecnologia a tripla wellwell

• Una n-well a giunzione profonda (DNW) è usata come elettrodo collettore

• Il segnale di carica è elaborato da un canale di lettura per rivelatori di tipo capacitivo

• I dispositivi NMOS della sezione analogica vengono realizzati all’interno della DNW

• PMOS utilizzabili purché l’area occupata dalla n-well che li ospita sia piccola rispetto all’elettrodo di raccolta

Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006

Il prototipo Apsel0Il prototipo Apsel0

sezione analogica NMOS+

elettrodo di raccolta

sezioneanalogica

PMOS

sezionedigitalePMOS

sezionedigitaleNMOS

N-WELLDEEPN-WELL

N-WELL

• Il chip include 6 strutture di test a singolo pixel• La caratterizzazione è stata svolta con iniezione di carica tramite impulsatore e con sorgenti laser e radioattive

Alcuni problemi dovuti alla sottostima della capacità parassita del sensore:

• Sensibilità di carica dipendente dall’area del sensore

• ENC più grande del previsto

capacitàMIM del

formatore

Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006

Il chip Apsel1Il chip Apsel1• Include 5 strutture di test a singolo pixel con capacità di iniezione e una matrice di pixel 8x8 con lettura in parallelo per colonne• L’elettronica di front-end è stata modificata per superare le limitazioni del prototipo Apsel0

5 strutture di test a singolo pixel

matrice 8 x 8 + dummies

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0 4 8 12 16

tp=0.5 s

tp=1 s

tp=2 s

Sha

per

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ut [

V]

Time [s]

Risposta del Ch1 a un impulso di 750 e-