像素探测器(Pixel探测器),属于辐射探测器细分产品半导体探测器的一种,是以硅等半导体材料为探测介质的粒子径迹探测器。
像素探测器由众多单元组成,一个单元由一个像素、一个电子学路数构成。像素探测器包含多个PN结,每个PN结都拥有自己的电子学路数。像素探测器的像素可以采用PN结二极管、PIN光电二极管、耗尽型场效晶体管、CMOS器件等。随着科技进步,硅漂移室被开发问世,小型硅漂移室也可用作像素探测器的像素。在几平方厘米或十几平方厘米的像素探测器面积中,即包含几万个单元,因此像素探测器具有响应速度快、空间分辨率高的特征。
在粒子物理领域,新型探测器的研发问世,是能够发现新粒子的重要因素之一。研究微观粒子,需要利用高能加速器将粒子加速到接近光速,使粒子团发生对撞,以观察对撞产生的大量初级粒子的运动或衰变径迹。对撞产生的初级粒子多数寿命极短,为探索、分析这些初级粒子,需要采用高速相机将对撞瞬间进行捕捉。
像素探测器的高响应速度、高空间分辨率特征,使得其能够迅速且清晰地记录粒子径迹,从而获得精确的径迹到达时间以及能量,并且可以对这些信息进行处理、保存,因此成为粒子物理领域重要的探测器产品。
在欧洲大型强子对撞机LHC上运行的ATLAS和CMS实验中,即采用了像素探测器,可以记录任何一个穿过像素的粒子。由于像素探测器靠近粒子对撞点,因此还需要优异的抗辐射能力。
像素探测器结构复杂且精细度高,设计、研发、制造将多学科知识集合于一体,技术壁垒高、研制难度大。ATLAS实验中采用的像素探测器,是由美国、德国、法国、意大利、墨西哥等多个国家的多位科学家历时多年开发问世。
新思界
行业分析人士表示,早期,我国像素探测器研发能力弱,需求完全依靠进口。核心技术依靠进口,断供风险大且不利于我国科研实力提升,因此我国科学家在像素探测器领域的研究开发力度不断加大。现阶段,我国已经能够自主研制像素探测器,产品性能达到国际先进水平。