originale Druckvorlage - DPG-Tagungen

Teilchenphysik Dienstag
T 203 Halbleiterdetektoren III
Zeit: Dienstag 14:00–15:45 Raum: HS I
T 203.1 Di 14:00 HS I
Strahlenhärte dünner epitaktischer Siliziumdetektoren —
•Devis Contarato 1 , E. Fretwurst 1 , G. Kramberger 2,3 , G.
Lindström 1 , I. Pintilie 1,4 , R. Röder 5 , A. Schramm 1 und J.
Stahl 1 für die CERN RD50-Kollaboration — 1 Universität Hamburg,
Institut für Experimentalphysik, Hamburg (Deutschland) — 2 Deutsches
Elektronen-Synchrotron DESY, Hamburg (Deutschland) — 3 Joˇzef
Stefan Institute, Ljubljana (Slovenia) — 4 National Institute for
Materials Physics, Bucharest-Magurele (Romania) — 5 CiS Institut für
Mikrosensorik gGmbH, Erfurt (Deutschland)
Für einen geplanten Ausbau des LHC mit einer um den Faktor 10
erhölten Luminosität wird die Strahlenbelastung der ersten Lage eines
Silizium-Vertex-Detektors im Bereich von 10 16 π/cm 2 liegen. Es wird gezeigt,
dass dünne epitaktische Siliziumdetektoren eine mögliche Lösung
dieser extremen Herausforderung hinsichtlich der Strahlentoleranz darstellen.
Erste Untersuchungen ergaben, dass bei Schädigung durch geladene
Hadronen (24 GeV/c und 10 MeV Protonen, 58 MeV Li-Ionen)
bis zu äquivalenten Fluenzen von 10 16 cm −2 keine Inversion des Raumladungsvorzeichens
auftritt und die Ladungssammlungseffizienz noch 75%
beträgt. Eine mögliche Erklärung dieser hohen Strahlentoleranz bezüglich
der Änderung der effektiven Raumladungsdichte bzw. der Verarmungsspannung
liegt darin, dass es zu einer Kompensation der strahleninduzierten
tiefen Akzeptoren durch die Erzeugung von Donatoren kommt.
Ferner werden Ausheilexperimente bei 60 ◦ C und 80 ◦ C vorgestellt und
die sich daraus ergebenden Auswirkungen auf den Betrieb der Detektoren
unter LHC-Bedingungen diskutiert.
T 203.2 Di 14:15 HS I
Bestrahlungsstudien an Silziumstreifendetektoren für das
CMS-Experiment — •Th. Weiler, T. Barvich, P. Blüm, A.
Dierlamm, G. Dirkes, M. Fahrer, A. Furgeri, S. Freudenstein,
F. Hartmann, S. Heier, Th. Müller und H.J. Simonis — Institut
für Experimentelle Kernphysik, Universität Karlsruhe
Die Siliziumstreifendetektoren des CMS Experiments am zukünftigen
LHC werden starker ionisierender Strahlung ausgesetzt sein. Die in zehn
Betriebsjahren zu erwartende akkumulierte Fluenz nahe dem Wechselwirkungsbereich
beträgt 1, 6 × 10 14 n1MeVcm −2 . In diesem Vortrag werden
die Ergebnisse der Bestrahlungsstudien, die an Siliziumstreifendetektoren
mit APV-Ausleseelektronik durchgeführt wurden, vorgestellt. Insbesondere
wird das Signal zu Rausch Verhältnis und die Auswirkungen auf die
Depletionspannung vor und nach der Bestrahlung eingegangen.
T 203.3 Di 14:30 HS I
Strahlungshärte von CMS-Siliziumstreifensensoren —
•Alexander Furgeri, Wim de Boer, Frank Hartmann, Alexander
Dierlamm, Thomas Müller und Stefanie Freudenstein
— Institut für experimentelle Kernphysik, Universität Karlsruhe
Die Siliziumstreifensensoren des CMS-Spurdetektors werden während
einer Laufzeit von 10 Jahren am LHC einer Strahlenbelastung von
1, 6 · 10
14 neq(1MeV )
cm2 ausgesetzt.
Um die Funktionsfähigkeit der Sensoren auch nach 10 Jahren am LHC
zu gewährleisten, werden im Rahmen der Qualitätskontrolle einzelne Sensoren
in Louvain-la-Neuve mit Neutronen einer Energie von 20MeV bestrahlt
und ihre elektrischen Eigenschaften bestimmt.
In diesem Beitrag werden die Depletionsspannungen vor und nach Bestrahlung
dargestellt und mit den aktuellen Parametern dieser Bestrahlung
der Verlauf der Depletionsspannung whärend der Laufzeit von 10
Jahren im Spurdetektor berechnet.
T 203.4 Di 14:45 HS I
Temperaturverhalten und Strahlenhärte von Monolithic Active
Pixel Sensoren — •M. Deveaux 1,2 , A. Besson 1 , G. Claus 3 , C.
Colledani 3 , G. Deptuch 3 , W. Dulinski 3 , A. Gay 1 , G. Gaycken 1 ,
Yu. Gornushkin 1 , D. Grandjean 1 , A. Himmi 1 , Ch. Hu 1 , I. Valin 1
und M. Winter 1 — 1 IReS, IN2P3/ULP, F-67037 Strasbourg — 2 GSI,
D-64291 Darmstadt — 3 LEPSI, IN2P3/ULP, F-67037 Strasbourg
Die Möglichkeiten der experimentellen Hochenergiephysik werden nicht
zuletzt durch die Leistungsfähigkeit der Vertexdetektoren bestimmt. Um
sie zu erweitern, wurden Teilchendetektoren auf Basis von Monolithic Active
Pixel Sensoren (MAPS) entwickelt, einer Technik, die eine attraktive
Kombination aus hoher Granularität und niedrigem Materialbudget bei
einer guten Auslesegeschwindigkeit und Strahlenhärte bietet. Dies konnte
u.a. mit einem nur ∼ 100 µm dicken Prototypen mit 1 MegaPixel
demonstriert werden, der am CERN-SPS eine Detektionseffizienz von
über 99% und eine Single-Point-Resolution von ∼ 2 µm erreichte.
Begleitendend wurden Strahlenhärte und optimale Betriebstemperatur
der MAPS untersucht. Ein Überblick über die bisherigen Ergebnisse
dieser Untersuchungen wird gegeben.
T 203.5 Di 15:00 HS I
Untersuchung lokaler Streifenfehler bei Siliziumsensoren für das
CMS Experiment
— •S. Freudenstein, P. Blüm, A. Furgeri, F. Hartmann, J.
Junge, C. Menge, Th. Müller, T. Punz und P. Steck — Institut
für Experimentelle Kernphysik, Universität Karlsruhe (TH)
Bei der Qualitätskontrolle des CMS werden Siliziumsensoren mit untypische
IV- Kurven beobachtet, die durch einen hohen Leckstrom und ein
erneutes lineares Ansteigen der IV- Kurve bei höheren Spannungswerten
charakterisiert sind. Aus der Höhe des zusätzlichen Anstiegs kann
man auf die maximale Anzahl der Leckstreifen schließen, da sich der
zusätzliche Leckstrom in diesem Fall nicht über den gesamten Sensor
verteilt, sondern auf einzelne Streifen beschränkt.
In dem Vortrag sollen diese lokalen Effekte näher beleuchtet werden.
Häufig können sichtbare Defekte an der Sensoroberfläche, z.B. Kratzer,
diesen Streifen mit erhöhtem Strom zugeordnet werden.
Zum Teil kommen die Streifen mit erhöhtem Leckstrom erst bei mechanischen
Spannungen oder erhöhter Versorgungsspannung an den Sensoren
zum Vorschein. In vereinzelten Fällen sind die Ströme so hoch, daß sie
zur Sättigung eines ganzen Vorverstärkers der Ausleseelektronik führen.
Ergebnisse zu diesen Untersuchungen werden vorgestellt.
T 203.6 Di 15:15 HS I
Radiation-Hard ASICs for Optical Data Transmission in the Atlas
Pixel Detector — •Michael Ziolkowski, Peter Buchholz,
Martin Holder, and Simon Nderitu for the ATLAS collaboration
— Universitaet Siegen, Fachbereich Physik, 57068 Siegen
We have developed two radiation-hard ASICs for optical data transmission
in the ATLAS pixel detector at the CERN Large Hadron Collider
(LHC). The first circuit is a driver chip for a Vertical Cavity Surface Emitting
Laser (VCSEL) diode to be used for 80 Mbit/s data transmission
from the detector. The second circuit is a Bi-Phase Mark decoder chip to
recover the control data and 40 MHz clock received optically by a PIN
diode on the detector side. We have successfully implemented both ASICs
in a commercial 0.25 mm CMOS technology using standard layout techniques
to enhance the radiation tolerance. Both chips are four-channel
devices compatible with common cathode PIN and VCSEL arrays. Results
from final prototype circuits and from irradiation studies of both
circuits with 24 GeV protons up to a total dose of 57 Mrad are presented.
T 203.7 Di 15:30 HS I
Pixeldetektoren in MCM–D Technologie — •Christian Grah,
Karl-Heinz Becks, Tobias Flick, Peter Gerlach und Peter
Mättig — Bergische Universität-Gesamthochschule Wuppertal
Pixeldetektoren sind hochgranulare Halbleiterdetektoren, die in der
Hochenergiephysik vielfach als Vertexdetektoren eingesetzt werden. Hybride
Pixeldetektoren verwenden dabei in getrennten Prozeßen hergestellte
Sensoren und integrierte Elektronikschaltkreise (IC’s).
Im Rahmen des ATLAS Pixel Projektes wurde neben herkömmlicher
Technologie zur Herstellung der intramodularen Verbindungen auch die
Multi Chip Module Deposited Technologie (MCM–D) erfolgreich erprobt.
Bei MCM–D erfolgt der Aufbau des notwendigen Stromversorgungssystems
und eines hochperformanten Signalbussystems direkt auf dem
Sensorwafer durch abwechselndes Aufschleudern von isolierenden Schichten
(Benzocyclobuthen) und galvanischem Wachstum leitender Schichten
(Cu). Notwendige Durchkontaktierungen im Bereich der Pixelmatrix
ermöglichen zudem eine Optimierung der Sensorgeometrie, wodurch
equal–sized und equal–sized–bricked Sensoren aufgebaut werden können.
Innerhalb des Vortrags wird auf den Herstellungsprozess eingegangen
und es werden Ergebnisse der Messungen an neuesten Prototypen
präsentiert. Weiterhin werden Ergebnisse zur Strahlenhärte der Prototypen,
sowie zur Analyse von Teststrahldaten an geometrieoptimierten
Pixeldetektoren vorgestellt.