용융 실리카 유리 공정을 통해 완전히 통합된 고체 전하 검출기
소환
우, X.; 웬, L.; 카오, L.; 카오, G.; 리, G.; 푸, Y.; 유, Z.; 팡, Z.; Wang, Q. 용융 실리카 유리를 통한 완전 통합형 고체 전하 검출기. 전자제품 2023 , 12 , 1045. https://doi.org/10.3390/electronics12041045
키워드
- 전하 감지
- 낮은 방사성 배경
- 유리를 통해 (TGV)
- 완전히 채워짐
- 감광성 물질
- 전기적 성질
짧은
이 기사에서는 TGV(through glass via) 구조를 사용하여 용융 실리카 유리 기판에 완전히 통합된 고체 상태 전하 검출기를 제조하는 새로운 방법을 제시합니다.
요약
이 기사에서는 입자 물리학 실험, 특히 중성미자 및 암흑 물질 감지와 관련된 실험에 사용하기 위한 고체 전하 감지기의 새로운 설계 및 제조 공정을 제시합니다. 검출기는 정확한 입자 식별에 중요한 높은 전하 수집 효율성과 낮은 소음을 위해 설계되었습니다.
기사의 핵심 내용은 다음과 같습니다.
- 기판 선택: 입자 검출 실험에서 간섭을 최소화하는 데 중요한 낮은 방사성 배경으로 인해 용융 실리카 유리가 기판으로 선택되었습니다. 용융 실리카 유리는 또한 반도체 공정과의 호환성을 제공하여 감지 부품 및 컴퓨팅 칩과 같은 구성 요소의 모듈식 통합을 가능하게 합니다.
- 검출기 설계 및 최적화: 검출기 설계는 공간 해상도, 높은 수집 효율성 및 채널 간 낮은 혼선을 우선시합니다. 전하 입자의 수집을 극대화하기 위해 전하 편향기를 갖춘 정사각형 플랫 패드 구조를 구현했습니다. 시뮬레이션에서는 디플렉터가 있는 경우 98.07%의 수집 효율성이 입증되었으며, 이는 디플렉터가 없는 경우 89.8%의 효율성보다 훨씬 높습니다.
- TGV(Through Glass Via) 구조: 기존 와이어 기반 전하 수집의 한계를 해결하기 위해 새로운 TGV 구조가 도입되었습니다. 이 구조는 앞면의 수집 패드와 용융 실리카 기판 뒷면의 판독 모듈/칩 사이의 수직 전기 상호 연결을 가능하게 하여 소음과 조립 복잡성을 줄입니다.
- TGV 제작 및 재료 선택: 용융 실리카 유리에 TGV를 제작하는 것은 재료의 드릴링 및 연마 어려움으로 인해 어려움을 겪었습니다. 레이저 드릴링, 습식 에칭 및 TAIYO INK SR3이라는 감광성 재료를 사용하는 독특한 충전 방법을 사용하는 새로운 TGV 제조 공정이 개발되었습니다. SR3은 감지기에 사용되는 용융 실리카 유리와 구리 사이의 CTE 불일치로 인해 발생하는 신뢰성 문제를 완화하기 위해 중간 열팽창 계수(CTE)로 선택되었습니다. 이 프로세스는 높은 종횡비의 비아를 완전히 채우고, 평평한 기판 표면을 유지하며, 유기 잔류물을 남기지 않으므로 배경이 낮은 응용 분야에 적합합니다.
- 재료 특성화 및 전기적 테스트: SR3의 경화 특성은 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 특성화되었으며, 노출, UV 조사 및 열 베이킹을 통해 완전히 경화될 수 있음이 밝혀졌습니다. 제작된 검출기에 대해 수행된 전기 테스트에서는 TGV 상호 연결의 효율성이 확인되었으며, 효율적인 신호 전송에 중요한 낮은 저항 및 커패시턴스 값이 입증되었습니다.
저자는 혁신적인 TGV 구조와 제조 공정을 갖춘 개발된 고체 전하 검출기가 입자 검출 기술의 유망한 발전을 제시한다고 결론지었습니다. 실험적인 TPC에서 프로토타입에 대한 추가 테스트가 계획되어 있습니다.