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CMOS 被動式矽條偵測器拼接的 TCAD 模擬

Q: CMOS 被動式矽條偵測器在高輻射環境下的拼接可靠性如何？

雖然這篇文章沒有直接討論 CMOS 被動式矽條偵測器在高輻射環境下的拼接可靠性，但它指出此類型偵測器本身具有良好的抗輻射特性。文章中提到，先前研究已證實，採用 LFoundry 150 奈米製程技術製造的被動式 CMOS 矽條偵測器，在經過輻射照射後，其性能表現並未受到顯著影響。 然而，拼接區域在高輻射環境下的長期可靠性仍是一個需要進一步研究的議題。高能粒子可能對拼接區域的材料造成損壞，進而影響偵測器的性能。因此，未來研究應著重於評估拼接區域在高輻射環境下的長期穩定性，例如：輻射硬度、老化效應等。

Q: 如果拼接錯位超過 1 µm，是否會對偵測器的長期穩定性產生影響？

根據文章中的 TCAD 模擬結果，拼接錯位在 1 µm 以下並不會對偵測器的性能產生顯著影響。然而，模擬結果也顯示，當拼接錯位達到 1 µm 時，電荷收集效率會出現明顯下降，且漏電流會顯著增加。這表明大於 1 µm 的拼接錯位可能會對偵測器的長期穩定性產生負面影響。 需要注意的是，文章中的模擬僅考慮了 2 µm 長的矽條，而實際的矽條長度通常為數公分。因此，在實際應用中，即使是微小的拼接錯位也可能隨著矽條長度的增加而被放大，進而影響偵測器的性能。 此外，長期運作下，環境因素（如溫度變化、濕度變化）也可能導致拼接區域的材料特性發生改變，進而影響偵測器的長期穩定性。

Q: 這項技術能否應用於其他類型的半導體偵測器，例如像素偵測器？

拼接技術本身並非 CMOS 被動式矽條偵測器所獨有，它也可以應用於其他類型的半導體偵測器，例如像素偵測器。然而，像素偵測器的像素尺寸通常比矽條偵測器的條寬小得多，因此對拼接精度的要求也更高。 此外，像素偵測器通常需要在像素之間保持良好的電學隔離，以避免訊號串擾。拼接區域的材料特性和製程差異可能會影響像素之間的隔離效果，進而影響偵測器的性能。 總而言之，拼接技術應用於像素偵測器需要克服更高的技術挑戰。

核心概念

本文透過 TCAD 模擬，研究了 CMOS 被動式矽條偵測器中，拼接對偵測器效能的影響，模擬結果顯示拼接錯位在 1 µm 內，對偵測器的效能沒有顯著影響。

摘要

文獻資訊

標題：CMOS 被動式矽條偵測器拼接的 TCAD 模擬
作者：M. Baselga 等人
期刊：JINST
時間：2024 年 11 月 19 日

研究目的

本研究旨在探討在 CMOS 製程中，將多個 reticles 拼接成大型 CMOS 被動式矽條偵測器時，拼接錯位對偵測器效能的影響。

研究方法

使用 Synopsys Sentaurus TCAD 軟體進行 3D 模擬。
模擬結構為 75.5 µm 節距、150 µm 厚度的矽條偵測器，與實際製造的 CMOS 被動式矽條偵測器相似。
模擬了 150 nm 和 1 µm 的橫向和縱向拼接錯位，並以無拼接結構作為參考。
分析了不同拼接錯位情況下的電流-電壓特性、電容-電壓特性、電場分佈和電荷收集效率。

主要發現

模擬結果顯示，150 nm 的拼接錯位對偵測器的效能沒有顯著影響。
1 µm 的縱向拼接錯位會導致漏電流略微增加，但對電荷收集效率的影響可以忽略不計。
橫向拼接錯位對偵測器的效能沒有顯著影響。

主要結論

TCAD 模擬結果表明，拼接錯位在 1 µm 內，對 CMOS 被動式矽條偵測器的效能沒有顯著影響。
此結論與先前使用放射源、暫態電流技術和電子束測試的結果一致。

研究意義

本研究為 CMOS 被動式矽條偵測器的設計和製造提供了重要的參考數據，證實了拼接技術在大型偵測器製造中的可行性。

研究限制與未來方向

本研究僅模擬了 2 µm 長的矽條，未來應進行更大尺寸的模擬以驗證結論。
未來研究可以探討其他類型的拼接錯位，例如旋轉錯位，以及不同拼接材料對偵測器效能的影響。

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arxiv.org

統計資料

矽條偵測器節距：75.5 µm
矽條偵測器厚度：150 µm
模擬的拼接錯位：150 nm 和 1 µm
漏電流增加：兩個數量級（僅限 1 µm 縱向拼接錯位）

引述

"Passive CMOS strip detectors do not show any effect from stitching, giving the same results as expected from a non stitched strip detector."
"These results agree with the results shown in previous works [2–6] where stitching shows no impact on the strip performance."

從以下內容提煉的關鍵洞見

TCAD Simulation of Stitching for Passive CMOS Strip Detectors

by Marta Baselg... 於 arxiv.org 11-20-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.17749.pdf

TCAD Simulation of Stitching for Passive CMOS Strip Detectors

深入探究

CMOS 被動式矽條偵測器在高輻射環境下的拼接可靠性如何？

雖然這篇文章沒有直接討論 CMOS 被動式矽條偵測器在高輻射環境下的拼接可靠性，但它指出此類型偵測器本身具有良好的抗輻射特性。文章中提到，先前研究已證實，採用 LFoundry 150 奈米製程技術製造的被動式 CMOS 矽條偵測器，在經過輻射照射後，其性能表現並未受到顯著影響。
然而，拼接區域在高輻射環境下的長期可靠性仍是一個需要進一步研究的議題。高能粒子可能對拼接區域的材料造成損壞，進而影響偵測器的性能。因此，未來研究應著重於評估拼接區域在高輻射環境下的長期穩定性，例如：輻射硬度、老化效應等。

如果拼接錯位超過 1 µm，是否會對偵測器的長期穩定性產生影響？

根據文章中的 TCAD 模擬結果，拼接錯位在 1 µm 以下並不會對偵測器的性能產生顯著影響。然而，模擬結果也顯示，當拼接錯位達到 1 µm 時，電荷收集效率會出現明顯下降，且漏電流會顯著增加。這表明大於 1 µm 的拼接錯位可能會對偵測器的長期穩定性產生負面影響。
需要注意的是，文章中的模擬僅考慮了 2 µm 長的矽條，而實際的矽條長度通常為數公分。因此，在實際應用中，即使是微小的拼接錯位也可能隨著矽條長度的增加而被放大，進而影響偵測器的性能。
此外，長期運作下，環境因素（如溫度變化、濕度變化）也可能導致拼接區域的材料特性發生改變，進而影響偵測器的長期穩定性。

這項技術能否應用於其他類型的半導體偵測器，例如像素偵測器？

拼接技術本身並非 CMOS 被動式矽條偵測器所獨有，它也可以應用於其他類型的半導體偵測器，例如像素偵測器。然而，像素偵測器的像素尺寸通常比矽條偵測器的條寬小得多，因此對拼接精度的要求也更高。
此外，像素偵測器通常需要在像素之間保持良好的電學隔離，以避免訊號串擾。拼接區域的材料特性和製程差異可能會影響像素之間的隔離效果，進而影響偵測器的性能。
總而言之，拼接技術應用於像素偵測器需要克服更高的技術挑戰。