近日，中科院高能所同步輻射硅像素探測器研發(fā)團隊在新型像素陣列探測器研究方面取得重要進展，團隊成功研制出基于硅通孔技術(shù)（Through Silicon Via，TSV）的探測器工程樣機。TSV技術(shù)的成功應(yīng)用大幅縮小了模塊間的縫隙寬度，同時還改善了探測器在低能區(qū)的響應(yīng)。這一進展標(biāo)志著高能所在先進X射線像素探測器的設(shè)計、工藝研究及系統(tǒng)集成上達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，所有關(guān)鍵技術(shù)及工藝方法全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，樣機性能指標(biāo)達到國際主流同類探測器產(chǎn)品水平。
TSV技術(shù)是一項新興的高密度封裝技術(shù)，可以實現(xiàn)芯片間的垂直電氣互連，包括深硅刻蝕微孔、絕緣層/阻擋層/種子層的沉積、深孔填充、化學(xué)機械拋光、減薄、PAD制備以及再分布線制備等多項工藝技術(shù)。研發(fā)人員經(jīng)過一年多的工藝摸索和實驗改進，成功將模塊間的縫隙寬度由上一代工程樣機的9毫米減小為2.5毫米。該工程樣機由18個探測模塊組成，按照3×6方式排列，單模塊是208×288的像素陣列，像素尺寸為150μm×150μm。研發(fā)團隊在本輪同步輻射專用光期間，利用Cu熒光（約8KeV）產(chǎn)生的較大均勻光場對該工程樣機進行了各項性能的測試和標(biāo)定，完成了樣機的能量響應(yīng)、像素壞點率測試及平場校正，并獲得了成像實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。
探測器研發(fā)團隊由高能所實驗物理中心和多學(xué)科中心人員組成，他們在硅傳感器芯片研發(fā)、探測器模塊研制、專用集成電路研究、讀出電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面通力合作。該樣機的成功研制，更加堅定了研究團隊繼續(xù)攻堅克難的信心和決心。未來，高能所將繼續(xù)深入推進國產(chǎn)硅像素探測器的研究工作，全面掌握此類探測器的核心關(guān)鍵技術(shù)，提升光源的核心競爭力，為將來在高能同步輻射光源上先進探測技術(shù)的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。同時，該項目相關(guān)技術(shù)還有望應(yīng)用到其他領(lǐng)域，包括CT、質(zhì)子治癌、醫(yī)療成像、空間成像探測器等。
本項目得到了高能同步輻射光源、先進光源技術(shù)研發(fā)與測試平臺、國家自然科學(xué)基金委、核探測與核電子學(xué)國家重點實驗室的支持。
X射線像探測器外觀
探測器由內(nèi)部18個探測單元模塊拼接組成
在同步輻射束線上工作的探測器樣機及制冷機
探測器在本輪同步光測試中得到的小魚X射線透射圖
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