Skipper-in-CMOS: Nondestructive Readout With Subelectron Noise Performance for Pixel Detectors

Autores
Lapi, Agustín Javier; Sofo Haro, Miguel Francisco; Parpillon, Benjamin C.; Birman, Adi; Fernández Moroni, Guillermo; Rota, Lorenzo; Alcalde Bessia, Fabricio Pablo; Gupta, Aseem; Chavez Blanco, Claudio R.; Chierchie, Fernando; Segal, Julie; Kenney, Christopher J.; Dragone, Angelo; Li, Shaorui; Braga, Davide; Fenigstein, Amos; Estrada, Juan; Fahim, Farah
Año de publicación
2024
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
The Skipper-in-CMOS image sensor integrates the nondestructive readout capability of skipper charge coupled devices (Skipper-CCDs) with the high conversion gain of a pinned photodiode (PPD) in a CMOS imaging process while taking advantage of in-pixel signal processing. This allows both single photon counting as well as high frame rate readout through highly parallel processing. The first results obtained from a 15×15 μ m2 pixel cell of a Skipper-in-CMOS sensor fabricated in Tower Semiconductor’s commercial 180-nm CMOS image sensor process are presented. Measurements confirm the expected reduction of the readout noise with the number of samples down to deep subelectron noise of 0.15e− , demonstrating the charge transfer operation from the PPD and the single photon counting operation when the sensor is exposed to light. This article also discusses new testing strategies employed for its operation and characterization.
Fil: Lapi, Agustín Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentina
Fil: Sofo Haro, Miguel Francisco. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Parpillon, Benjamin C.. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Birman, Adi. Tower semiconductor ltd.; Israel
Fil: Fernández Moroni, Guillermo. University of Chicago; Estados Unidos. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Rota, Lorenzo. SLAC National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Alcalde Bessia, Fabricio Pablo. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina
Fil: Gupta, Aseem. SLAC National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Chavez Blanco, Claudio R.. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos. Universidad Nacional de Asunción; Paraguay. Universidad Nacional del Sur; Argentina
Fil: Chierchie, Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; Argentina
Fil: Segal, Julie. SLAC National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Kenney, Christopher J.. SLAC National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Dragone, Angelo. SLAC National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Li, Shaorui. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Braga, Davide. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Fenigstein, Amos. Tower Semiconductor; Israel
Fil: Estrada, Juan. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Fil: Fahim, Farah. Fermi National Accelerator Laboratory; Estados Unidos
Materia
multiple nondestructive readout
single photon
skipper charge coupled devices (skipper-CCDs) in CMOS
subelectron noise
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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The first results obtained from a 15×15 μ m2 pixel cell of a Skipper-in-CMOS sensor fabricated in Tower Semiconductor’s commercial 180-nm CMOS image sensor process are presented. Measurements confirm the expected reduction of the readout noise with the number of samples down to deep subelectron noise of 0.15e− , demonstrating the charge transfer operation from the PPD and the single photon counting operation when the sensor is exposed to light. This article also discusses new testing strategies employed for its operation and characterization.Fil: Lapi, Agustín Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Sofo Haro, Miguel Francisco. 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