基于CMOS像素的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Ⅱ的BES-Ⅲ譜儀內(nèi)層徑跡探測(cè)器的開(kāi)發(fā).pdf

1、BES-Ⅲ探測(cè)器是一個(gè)安裝于北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)BEPCⅡ上的通用粒子譜儀。在(Τ)-粲物理能區(qū)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的精確檢驗(yàn)以及新物理的研究中，BESⅢ都做出了重要貢獻(xiàn)。但負(fù)責(zé)徑跡重建的主漂移室內(nèi)室由于老化作用性能嚴(yán)重降低，影響了探測(cè)精度和徑跡重建效率。另一方面，用于粒子物理實(shí)驗(yàn)的高精度低功耗的輕薄CMOS像素傳感器(CPS)在國(guó)外的研發(fā)已經(jīng)成熟并得到了相對(duì)論重離子加速器的STAR實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使得這一技術(shù)研發(fā)的探測(cè)器成為BESⅢ內(nèi)層尋跡器升級(jí)的重要

2、候補(bǔ)方案。而針對(duì)像素探測(cè)器的研究，中國(guó)尚處于起步階段。
　　為了探究CPS在BESⅢ實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的可行性，并推動(dòng)中國(guó)的硅像素探測(cè)器技術(shù)的發(fā)展，本文對(duì)當(dāng)前主流的CPS設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了調(diào)研，測(cè)試分析了法國(guó)IPHC研究所最新研發(fā)的傳感器并優(yōu)化了硅尋跡探測(cè)器的設(shè)計(jì)方案。其中，相關(guān)束流測(cè)試結(jié)果證明，基于逐行掃描的幀讀取模式可以實(shí)現(xiàn)10μm空間分辨率、約20.8μs讀取時(shí)間及80mW/cm2左右功耗的幾平方厘米大小的CPS芯片。這種低功耗、高集成

3、度、高分辨率的單片式像素傳感器可以構(gòu)建幾平方米面積的高分辨率徑跡探測(cè)器。此外，本文對(duì)于硅像素探測(cè)器幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作形成了一套針對(duì)桶部硅尋跡器的較完整的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，并實(shí)現(xiàn)了包括基于各種徑跡擬合算法的性能計(jì)算、基于遞歸樹(shù)及探測(cè)器布局排列掃描的幾何優(yōu)化和基于Geant4的模擬驗(yàn)證在內(nèi)的全功能軟件。在芯片空間分辨率約10μm、每層探測(cè)器厚約0.36％X0的條件下，相應(yīng)的方法和軟件被應(yīng)用于BESⅢ的硅像素尋跡探測(cè)器的研發(fā)，確定了3個(gè)探測(cè)層沿尋