Los detectores híbridos de píxeles son un tipo de detector de radiación ionizante que consiste en una matriz de diodos basados en tecnología de semiconductores y su electrónica asociada. El término “híbrido” proviene del hecho de que los dos elementos principales de los que se construyen estos dispositivos, el sensor semiconductor y el chip de lectura (también conocido como circuito integrado de aplicación específica o ASIC), se fabrican de forma independiente y luego se acoplan eléctricamente mediante un proceso de unión por protuberancias . Las partículas ionizantes se detectan a medida que producen pares electrón-hueco a través de su interacción con el elemento sensor, generalmente hecho de silicio dopado o telururo de cadmio . El ASIC de lectura está segmentado en píxeles que contienen la electrónica necesaria para amplificar y medir las señales eléctricas inducidas por las partículas entrantes en la capa del sensor.
Los detectores de píxeles híbridos diseñados para funcionar en modo de fotón único se conocen como detectores de conteo de fotones híbridos (HPCD). Estos detectores están diseñados para contar la cantidad de impactos dentro de un intervalo de tiempo determinado. Se han convertido en un estándar en la mayoría de las aplicaciones de detección de rayos X y fuentes de luz de sincrotrón . [1]
Los primeros detectores de píxeles híbridos se desarrollaron en los años 1980 y 1990 para experimentos de física de partículas de alta energía en el CERN . [2] Desde entonces, muchas grandes colaboraciones han seguido desarrollando e implementando estos detectores en sus sistemas, como los experimentos ATLAS , CMS y ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones . [3] [4] [5] Utilizando detectores de píxeles de silicio como parte de sus sistemas de seguimiento internos, estos experimentos pueden determinar la trayectoria de las partículas producidas durante las colisiones de alta energía que estudian. [6]
La innovación clave para la construcción de detectores de píxeles de área tan grande fue la separación del sensor y la electrónica en capas independientes. Dado que los sensores de partículas requieren silicio de alta resistividad, mientras que la electrónica de lectura requiere baja resistividad, la introducción del diseño híbrido permitió optimizar cada elemento individualmente y luego acoplarlos entre sí mediante un proceso de unión por golpes que implica soldadura por puntos microscópica. [7]
Pronto se comprendió que la misma tecnología híbrida podía utilizarse para la detección de fotones de rayos X. A finales de los años 90, los primeros detectores híbridos de conteo de fotones (HPC) desarrollados por el CERN y el PSI se probaron con radiación de sincrotrón. [8] Los avances posteriores en el CERN dieron como resultado la creación del chip Medipix y sus variantes.
El primer detector HPC de gran superficie se construyó en 2003 en PSI, basado en el chip de lectura PILATUS. La segunda generación de este detector, con una electrónica de lectura mejorada y píxeles más pequeños, se convirtió en el primer detector HPC que funcionaba de forma rutinaria en un sincrotrón. [9]
En 2006, se fundó la empresa DECTRIS como una escisión de PSI y comercializó con éxito la tecnología PILATUS. Desde entonces, los detectores basados en los sistemas PILATUS y EIGER se han utilizado ampliamente para aplicaciones de dispersión de ángulo pequeño , dispersión coherente , difracción de polvo de rayos X y espectroscopia . Las principales razones del éxito de los detectores HPC son la detección directa de fotones individuales y la determinación precisa de las intensidades de dispersión y difracción en un amplio rango dinámico. [10]