Los detectores de píxeles híbridos son un tipo de detector de radiación ionizante que consta de una serie de diodos basados en tecnología de semiconductores y su electrónica asociada. El término “híbrido” surge del hecho de que los dos elementos principales a partir de los cuales 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 de un proceso de unión por golpes . Las partículas ionizantes se detectan ya 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 el número de aciertos dentro de un intervalo de tiempo determinado. Se han convertido en un estándar en la mayoría de las fuentes de luz sincrotrón y aplicaciones de detección de rayos X. [1]
Los primeros detectores de píxeles híbridos se desarrollaron en las décadas de 1980 y 1990 para experimentos de física de partículas de alta energía en el CERN . [2] Desde entonces, muchas colaboraciones importantes 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 mediante un proceso de unión mediante soldadura por puntos microscópica. [7]
Pronto se descubrió que la misma tecnología híbrida podría utilizarse para la detección de fotones de rayos X. A finales de la década de 1990, los primeros detectores híbridos de recuento de fotones (HPC) desarrollados por el CERN y el PSI se probaron con radiación sincrotrón. [8] Otros desarrollos en el CERN dieron como resultado la creación del chip Medipix y sus variaciones.
El primer detector HPC de gran superficie se construyó en 2003 en PSI y se basó 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 funciona de forma rutinaria en un sincrotrón. [9]
En 2006 se fundó la empresa DECTRIS como spin-off 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 rayos X en polvo 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]