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英飛凌8英寸傳感器芯片助力歐洲核子研究組織揭示宇宙奧秘

2016-04-29 18:14:00 未知

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人類對95%的宇宙仍是一無所知。位于日內瓦全球最大的歐洲核子研究組織（以下簡稱CERN）的科學家們正努力解開這些謎團。2012年5月，這里的研究人員發現了所謂的希格斯玻色子，而彼得•希格斯和弗朗索瓦•恩格勒也憑此獲得了諾貝爾物理學獎。CERN的科學家們目前正在研究暗物質：盡管暗物質的量可能是宇宙中可見物質的五倍，但是這只能被間接證實。借助一點運氣，CERN將會成功生成暗物質。

一種獨具特色的傳感器芯片可為證實暗物質的存在作出貢獻：這款8英寸芯片（15cmx10cm）由英飛凌奧地利和奧地利科學院高能物理研究所（以下簡稱HEPHY）共同開發。在不久的將來，CERN可使用數以萬計的這種傳感器芯片。它們不僅比前一代6英寸傳感器芯片的生產成本更低，而且這些組件可更好地耐受持續性輻射，因此比前一代產品老化速度更慢。沒有耐受力好的傳感器將很難完成計劃好的實驗。

Infineon_晶圓中心的基本粒子帶狀傳感器，尺寸為15cmx10cm

CERN_CMS內部跟蹤器筒體上半部

CERN的實驗是分析物質的結構和基本粒子之間的相互作用：質子被加速至接近光速后發生碰撞，產生新顆粒，然后利用不同的探測器對其屬性進行重構。CERN實驗物理部門負責人Manfred Krammer博士表示，“在粒子物理學和宇宙學中，有許多問題仍懸而未決，人類迄今為止無法給出答案。為了在這些領域取得新進展，我們需要新一代粒子傳感器。與英飛凌這樣的高科技公司合作可使我們開發出所需的技術。”

CERN_在CMS試驗裝置中安裝全球最大的硅跟蹤探測器

探測器高達數層樓，低至地下百米

目前在用的兩個使用英飛凌傳感器的探測器是ATLAS （一個環形LHC設備）和CMS （緊湊型繆子螺線管）。粒子物理學實驗設備實際上就是巨型照相機：當粒子穿過硅探測器，探測器對其進行登記。這兩臺探測器位于100米深的地下，分別高達20米（ATLAS）和15米（CMS）。它們幾乎全天候運行，每秒進行4000萬次獨立實驗。英飛凌及HEPHY正在探討制造總面積達1000平方米的芯片。

CERN_在安裝中CMS跟蹤器的一端打開

但是研究人員需要很大的毅力。英飛凌電源管理與多元化市場部總經理Andreas Urschitz 指出：“可能需要數代人進行基礎研究以改變我們的日常生活。但這不能阻止人們進行研究。沒有居里夫人我們就沒有X射線。沒有麥克斯韋爾就沒有移動電話。”居里夫人于1898年提出了“放射性”概念。蘇格蘭物理學家詹姆斯•克拉克•麥克斯韋爾于1861年至1864年期間提出的電磁場方程已有150年歷史。

Infineon_基本粒子帶狀傳感器

為CERN開發的技術可在10年之內幫助癌癥患者：數組科學家正在測試質子計算機斷層掃描儀。這種醫療成像的基本原理與CERN芯片技術的基本原理相同。英飛凌和HEPHY正在開發的這種大型硅探測器可在輻射治療過程中提供斷層圖像。這將能更好地確定腫瘤的位置，與傳統X射線相比能減少對健康組織的損害。它能將輻射負荷降低40倍。

在研究領域，英飛凌的傳感器生產已經引起廣泛關注：英飛凌和HEPHY開展的項目贏得了2014年Houska獎的第二名，這是奧地利最大的商業研究類私人獎項。