Description
单片有源像素探测器（Monolithic Active Pixel Sensors，MAPS）作为一种新型的半导体探测器件，对于大型粒子物理实验的顶点探测（内层径迹探测）具有独特的优势，目前已经在国外的STAR、ALICE实验升级中获得应用，并将在下一代粒子物理实验（如CEPC、STCF）中继续发挥不可替代的作用。
国外在多年就开始了MAPS的研发，目前发展得比较成熟、且性能指标领先的主要有法国斯特拉斯堡IPHC研究所的MIMOSA芯片、以及欧洲核子中心（CERN）的ALPIDE芯片等。国内的粒子物理界，包括高能物理研究所、华中师范大学、山东大学等单位近几年也启动了MAPS芯片的自主设计，已经取得了良好的进展。然而，未来要将硅像素探测器成功应用于国内的大型实验中，除了要开展芯片设计的技术攻关，提前在读出电子学方向开展预研也具有重要意义，需要探索的关键技术主要包括MAPS芯片与前端电子学板的集成工艺、海量像素通道所需要的高速数据传输和前端实时处理、以及后端数据获取的设计等。通过这些预研，不仅能够为将来国内的MAPS器件大规模工程应用积累经验，也可为当前国内的MAPS芯片设计团队的器件测试和实验应用提供有力支持。
本论文作者通过国家自然科学基金的支持、以及通过参与华中师范大学在国内牵头的“ALICE实验硅像素探测器升级”重大国际合作项目，近两年来在中国科大开展了以ALPIDE为基础的MAPS芯片读出电子学研究，设计完成了一套原型读出电子学系统（主要包括MAPS芯片Carrier板、数据获取板、以及基于Qt的数据采集/实时图形显示软件），实现了对pALPIDE3及ALPIDE两个版本MAPS芯片的接口控制和数据读出，还采用Fe-55放射源、软X射线源等手段对ALPIDE芯片进行了测试，得到了该芯片的探测效率、时间分辨等一系列指标，并开展了X光成像应用的初步探索。
该课题的研究仍在进行当中，目前我们正在搭建一个由多层MAPS构成的原型径迹探测系统，并计划开展地面宇宙线测试和束流实验，同时还希望更进一步地探索将MAPS的应用拓展到小型空间粒子天文仪器（载荷）的径迹探测器中。
Primary author
Dr
常青 封
(University of Science and Technology of China)
