Design of a detecting module based on a single-sided silicon photosensor array with scintilators

Abstract

A design of a detecting module based on a silicon front side illuminated single-sided photosensor array with scintillators has been developed. The array is made on wafers with a diameter of 100 mm from high-resistance N-type silicon with a specific resistance of 5…10 kOhm⋅cm, lifetime of minority charge carriers τ >1000 μs and orientation <100>. The elimination of shielding of the photosensitive surface of the array by electrical connection elements is ensured by the use of aluminum-polyimide microcables provided that they are placed on the front side of the array in the gaps between the scintillators. The installation of front-end electronics on the board on the reverse side of the array within the array area allows to create a detecting module of compact size with minimal loss of effective recording area. A module with 64 dete ction cells located in a pitch of 4.1 mm does not exceed an area of 35×35 mm.

Розроблено конструкцію детектуючого модуля на основі кремнієвої фронтально опромінюваної односторонньої фотосенсорної матриці з сцинтиляторами. Матриця виготовляється на пластинах діаметром 100 мм з високоомного кремнію N-типу з питомим опором 5…10 кОм⋅см, часом життя неосновних носіїв заряду τ >1000 мкс і орієнтацією <100>. Відсутність екранування фоточутливої поверхні матриці елементами електричної комутації забезпечується за рахунок використання алюміній-поліімідних мікрокабелів за умови розміщення їх на фронтальній стороні матриці в зазорах між сцинтиляторами. Установка попередніх каскадів посилення сигналу на платі із зворотного боку матриці в межах площі матриці дозволяє створити детектуючий модуль компактного розміру з мінімальними втратами ефективної площі реєстрації. Модуль з 64-ма детектуючими комірками, розташованими з кроком 4,1 мм, не перевищує площу 35×35 мм.

Разработана конструкция детектирующего модуля на основе кремниевой фронтально облучаемой односторонней фотосенсорной матрицы со сцинтилляторами. Матрица изготавливается на пластинах диаметром 100 мм из высокоомного кремния N-типа с удельным сопротивлением 5…10 кОм⋅см, временем жизни неосновных носителей заряда τ >1000мкс и ориентацией <100>. Исключение экранирования фоточувствительной поверхности матрицы элементами электрической коммутации обеспечивается за счет использования алюминий-полиимидных микрокабелей при условии размещения их на фронтальной стороне матрицы в зазорах между сцинтилляторами. Установка предварительных каскадов усиления сигнала на плате с обратной стороны матрицы в пределах площади матрицы позволяет создать детектирующий модуль компактного размера с минимальными потерями эффективной площади регистрации. Модуль с 64-мя детектирующими ячейками, расположенными с шагом 4,1 мм, не превышает площадь 35×35 мм.