プロセスを介して溶融石英ガラスを介した完全統合型固体電荷検出器
引用
Wu, X.; Wen, L.; Cao, L.; Cao, G.; Li, G.; Fu, Y.; Yu, Z.; Fang, Z.; Wang, Q. 溶融石英ガラスを介したプロセスによる完全統合型ソリッドステート電荷検出器。 エレクトロニクス 2023 、 12 、 1045。https ://doi.org/10.3390/electronics12041045
キーワード
- 電荷検出
- 低放射能バックグラウンド
- ガラス越しのTGV
- 完全に満たされた
- 感光材料
- 電気的性質
簡単な
この記事では、ガラス貫通ビア (TGV) 構造を使用して、石英ガラス基板上に完全に統合されたソリッドステート電荷検出器を製造する新しい方法を紹介します。
まとめ
この記事では、粒子物理学実験、特にニュートリノや暗黒物質の検出に関係する実験で使用することを目的とした、固体電荷検出器の斬新な設計と製造プロセスを紹介します。この検出器は、正確な粒子識別に不可欠な、高い電荷収集効率と低ノイズを実現するように設計されています。
この記事の要点は次のとおりです。
- 基板の選択:放射性バックグラウンドが低いため、溶融シリカガラスが基板として選択されました。これは、粒子検出実験における干渉を最小限に抑えるために重要です。溶融シリカガラスは半導体プロセスとの互換性も備えているため、検出部品やコンピューティング チップなどのコンポーネントをモジュール形式で統合できます。
- 検出器の設計と最適化:検出器の設計では、空間分解能、高い収集効率、およびチャネル間の低クロストークを優先しています。電荷粒子の収集を最大化するために、電荷偏向器を備えた正方形のフラット パッド構造が実装されました。シミュレーションでは、偏向器を使用した場合の収集効率は 98.07% であることが示され、偏向器を使用しない場合の 89.8% の効率よりも大幅に高くなっています。
- ガラス貫通ビア (TGV) 構造:従来のワイヤベースの電荷収集の制限に対処するために、新しい TGV 構造が導入されました。この構造により、前面の収集パッドとフューズド シリカ基板の背面にある読み出しモジュール/チップ間の垂直電気相互接続が可能になり、ノイズと組み立ての複雑さが軽減されます。
- TGV の製造と材料の選択:石英ガラス上に TGV を製造することは、材料の穴あけと研磨の難しさから課題がありました。レーザー穴あけ、ウェット エッチング、および TAIYO INK SR3 と呼ばれる感光性材料を使用した独自の充填方法を採用した、新しい TGV 製造プロセスが開発されました。検出器で使用される石英ガラスと銅の CTE の不一致から生じる信頼性の問題を軽減するために、SR3 は中程度の熱膨張係数 (CTE) を持つため選択されました。このプロセスにより、高アスペクト比のビアが完全に充填され、基板表面が平坦に維持され、有機残留物が残らないため、低バックグラウンド アプリケーションに適しています。
- 材料特性と電気テスト: SR3 の硬化特性は示差走査熱量測定 (DSC) を使用して特性評価され、露出、紫外線照射、加熱ベーキングによって完全に硬化できることが明らかになりました。製造された検出器で実施された電気テストにより、TGV 相互接続の有効性が確認され、効率的な信号伝送に不可欠な低い抵抗値と静電容量値が実証されました。
著者らは、革新的な TGV 構造と製造プロセスを備えた開発された固体電荷検出器は、粒子検出技術に有望な進歩をもたらすと結論付けています。実験用 TPC でのプロトタイプのさらなるテストが計画されています。