Este dispositivo detector semiconductor de partículas ionizantes está diseñado para medir partículas cargadas, como electrones y protones, en un rango amplio de energías, a través de un sistema avanzado implementado en tecnología CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).
El dispositivo utiliza píxeles activos (APS, Active Pixel Sensor) que pueden integrarse como matriz y capturar imágenes detectando la carga electrostática inducida por la radiación ionizante. Este sistema es capaz de operar en un amplio rango de energías, desde electronvoltios (eV) hasta decenas de kilo-electronvoltios (keV), utilizando condensadores del tipo MiM (Metal-Aislante-Metal).
El dispositivo se destaca por su resistencia al daño por radiación, lo que lo convierte en una solución ideal para aplicaciones en ambientes extremos como el espacio, donde las partículas cargadas pueden dañar la electrónica convencional. Además, su arquitectura monolítica y su integración CMOS permiten su fabricación a bajo costo y con técnicas convencionales, lo que facilita su producción en masa.

ESTADO DE DESARROLLO

El dispositivo se encuentra en una fase avanzada de investigación. Se han llevado a cabo estudios teóricos y pruebas experimentales preliminares que confirman la viabilidad del sistema en aplicaciones de detección de partículas ionizantes. Las pruebas a nivel de laboratorio han validado la robustez del diseño y su capacidad para operar en condiciones de alta radiación. 

Los próximos pasos incluyen la realización de pruebas como sensor de imagen en la fabricación de matrices para confirmar su rendimiento y estabilidad en aplicaciones prácticas.

El dispositivo se focaliza en aplicaciones científico-tecnológicos para la investigación de detección de partículas cargadas . Entre las otras aplicaciones se encuentran los microscopios electrónicos de barrido (SEM) que proveen de imágenes en la nano o micro escala,  y son usados en entornos con radiación ionizante como en misiones espaciales, puesto que es capaz de mitigar los efectos de la radiación usando el electrodo metálico del condensador como apantallamiento de la circuitería del píxel.

Una descripción más amplia y detallada de las pruebas se puede encontrar en el siguiente artículo:

Sáenz-Noval et al.(2023) https://doi.org/10.1109/jsen.2023.3315357

VENTAJAS

• Reducción del ruido:  Al no usar fotodiodos, que poseen corrientes oscuras significativas, el ruido se ve reducido y la relación señal-ruido incrementada.

• Tecnología CMOS tradicional: El uso de tecnología CMOS tradicional evita el uso de técnicas especiales que resultan más costosas.

• Alta sensibilidad: El circuito mide variaciones instantáneas haciéndolo compatible con arquitecturas del tipo DVS (Dynamic Vision Sensor)

• Alto rango dinámico: La capacitancia de detección puede ser ajustada durante el funcionamiento del píxel para distintas fluencias.
• Alta linealidad: Las pruebas muestran una alta linealidad en relación con la temperatura

AUTORES

Lionel, Cervera Gontard ; Jorge Johanny, Sáenz Noval; Juan Antonio, Leñero Bardallo; Ricardo, Carmona Galán

PALABRAS CLAVE

Detector de partículas ionizantes, CMOS, píxel activo, radiación, semiconductores, condensador MiM, SEM,imagen radiación, microscopía electrónica.