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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(lèi)對(duì)95%的宇宙仍是一無(wú)所知。位于日內(nèi)瓦全球最大的歐洲核子研究組織（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CERN）的科學(xué)家們正努力解開(kāi)這些謎團(tuán)。2012年5月，這里的研究人員發(fā)現(xiàn)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(xué)獎(jiǎng)。CERN的科學(xué)家們目前正在研究暗物質(zhì)：盡管暗物質(zhì)的量可能是宇宙中可見(jiàn)物質(zhì)的五倍，但是這只能被間接證實(shí)。借助一點(diǎn)運(yùn)氣，CERN將會(huì)成功生成暗物質(zhì)。

一種獨(dú)具特色的傳感器芯片可為證實(shí)暗物質(zhì)的存在作出貢獻(xiàn)：這款8英寸芯片（15cmx10cm）由英飛凌奧地利和奧地利科學(xué)院高能物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)HEPHY）共同開(kāi)發(fā)。在不久的將來(lái)，CERN可使用數(shù)以萬(wàn)計(jì)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(chǎn)成本更低，而且這些組件可更好地耐受持續(xù)性輻射，因此比前一代產(chǎn)品老化速度更慢。沒(méi)有耐受力好的傳感器將很難完成計(jì)劃好的實(shí)驗(yàn)。

Infineon_晶圓中心的基本粒子帶狀傳感器，尺寸為15cmx10cm

CERN_CMS內(nèi)部跟蹤器筒體上半部

CERN的實(shí)驗(yàn)是分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基本粒子之間的相互作用：質(zhì)子被加速至接近光速后發(fā)生碰撞，產(chǎn)生新顆粒，然后利用不同的探測(cè)器對(duì)其屬性進(jìn)行重構(gòu)。CERN實(shí)驗(yàn)物理部門(mén)負(fù)責(zé)人Manfred Krammer博士表示，“在粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)中，有許多問(wèn)題仍懸而未決，人類(lèi)迄今為止無(wú)法給出答案。為了在這些領(lǐng)域取得新進(jìn)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(kāi)發(fā)出所需的技術(shù)。”

CERN_在CMS試驗(yàn)裝置中安裝全球最大的硅跟蹤探測(cè)器

探測(cè)器高達(dá)數(shù)層樓，低至地下百米

目前在用的兩個(gè)使用英飛凌傳感器的探測(cè)器是ATLAS （一個(gè)環(huán)形LHC設(shè)備）和CMS （緊湊型繆子螺線(xiàn)管）。粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)際上就是巨型照相機(jī)：當(dāng)粒子穿過(guò)硅探測(cè)器，探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行登記。這兩臺(tái)探測(cè)器位于100米深的地下，分別高達(dá)20米（ATLAS）和15米（CMS）。它們幾乎全天候運(yùn)行，每秒進(jìn)行4000萬(wàn)次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。英飛凌及HEPHY正在探討制造總面積達(dá)1000平方米的芯片。

CERN_在安裝中CMS跟蹤器的一端打開(kāi)

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(chǎng)部總經(jīng)理Andreas Urschitz 指出：“可能需要數(shù)代人進(jìn)行基礎(chǔ)研究以改變我們的日常生活。但這不能阻止人們進(jìn)行研究。沒(méi)有居里夫人我們就沒(méi)有X射線(xiàn)。沒(méi)有麥克斯韋爾就沒(méi)有移動(dòng)電話(huà)。”居里夫人于1898年提出了“放射性”概念。蘇格蘭物理學(xué)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(chǎng)方程已有150年歷史。

Infineon_基本粒子帶狀傳感器

為CERN開(kāi)發(fā)的技術(shù)可在10年之內(nèi)幫助癌癥患者：數(shù)組科學(xué)家正在測(cè)試質(zhì)子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀。這種醫(yī)療成像的基本原理與CERN芯片技術(shù)的基本原理相同。英飛凌和HEPHY正在開(kāi)發(fā)的這種大型硅探測(cè)器可在輻射治療過(guò)程中提供斷層圖像。這將能更好地確定腫瘤的位置，與傳統(tǒng)X射線(xiàn)相比能減少對(duì)健康組織的損害。它能將輻射負(fù)荷降低40倍。

在研究領(lǐng)域，英飛凌的傳感器生產(chǎn)已經(jīng)引起廣泛關(guān)注：英飛凌和HEPHY開(kāi)展的項(xiàng)目贏得了2014年Houska獎(jiǎng)的第二名，這是奧地利最大的商業(yè)研究類(lèi)私人獎(jiǎng)項(xiàng)。