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Vergleich relevanter Parameter von Multipixelsensoren für Spurdetektoren nach Bestrahlung mit hohen Proton- und Neutronflüssen
The further increase of the luminosity of the Large Hadron Collider ( LHC ) at CERN requires new sensors for the tracking detector of the Compact Muon Soleniod ( CMS ) experiment. These sensors must be more radiation hard and of a finer granularity to lower the occupancy. In addition the new sensor...
Autor principal: | |
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Lenguaje: | ger |
Publicado: |
Verlag Deutsches Elektronen-Synchrotron
2016
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Materias: | |
Acceso en línea: | https://dx.doi.org/10.3204/DESY-THESIS-2016-004 http://cds.cern.ch/record/2263088 |
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author | Bergholz, Matthias |
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collection | CERN |
description | The further increase of the luminosity of the Large Hadron Collider ( LHC ) at CERN requires new sensors for the tracking detector of the Compact Muon Soleniod ( CMS ) experiment. These sensors must be more radiation hard and of a finer granularity to lower the occupancy. In addition the new sensor modules must have a lower material budget and have to be self triggering. Sensor prototypes, the so called “ MPix ”-sensors, produced on different materials were investigated for their radiation hardness. These sensors were fully charac- terized before and after irradiation. Of particular interest was the comparison of different bias methods, different materials and the influence of various geometries. The degeneration rate differs for the different sensor materials. The increase of the dark current of Float-Zone-Silicon is stronger for thicker sensors and less than for Magnetic-Czochralski-Silicon sensors. Both tested bias structures are damaged by the irradiation. The poly silicon resis- tance increases after irradiation by fifty percent. The Punch-Through-Structure is more effected by irradiation. The punch-through voltage increase by a factor of two. Due to the higher pixel current, the working point of the sensor is shifted to smaller differential resistances |
id | oai-inspirehep.net-1434364 |
institution | Organización Europea para la Investigación Nuclear |
language | ger |
publishDate | 2016 |
publisher | Verlag Deutsches Elektronen-Synchrotron |
record_format | invenio |
spelling | oai-inspirehep.net-14343642019-09-30T06:29:59Zdoi:10.3204/DESY-THESIS-2016-004http://cds.cern.ch/record/2263088gerBergholz, MatthiasVergleich relevanter Parameter von Multipixelsensoren für Spurdetektoren nach Bestrahlung mit hohen Proton- und NeutronflüssenDetectors and Experimental TechniquesThe further increase of the luminosity of the Large Hadron Collider ( LHC ) at CERN requires new sensors for the tracking detector of the Compact Muon Soleniod ( CMS ) experiment. These sensors must be more radiation hard and of a finer granularity to lower the occupancy. In addition the new sensor modules must have a lower material budget and have to be self triggering. Sensor prototypes, the so called “ MPix ”-sensors, produced on different materials were investigated for their radiation hardness. These sensors were fully charac- terized before and after irradiation. Of particular interest was the comparison of different bias methods, different materials and the influence of various geometries. The degeneration rate differs for the different sensor materials. The increase of the dark current of Float-Zone-Silicon is stronger for thicker sensors and less than for Magnetic-Czochralski-Silicon sensors. Both tested bias structures are damaged by the irradiation. The poly silicon resis- tance increases after irradiation by fifty percent. The Punch-Through-Structure is more effected by irradiation. The punch-through voltage increase by a factor of two. Due to the higher pixel current, the working point of the sensor is shifted to smaller differential resistancesUm eine höhere Sensitivität für seltene Physikereignisse zu erzielen, wird die Lu- minosität am LHC in der dritten Upgrade-Phase um den Faktor fünf gesteigert. Die damit verbundene Steigerung der Wechselwirkungsrate bedingt für den CMS- Spurdetektor strahlungshärtere Sensoren. Um das geeignetste Material zu finden, wurde die HPK-Kampagne gestartet. Ziel der Kampagne ist es, die auf dem Markt verfügbaren Siliziumsubstrate und Prozesstechnologien auf ihre Eignung zu über- prüfen. In der vorliegenden Arbeit wurden aus der HPK-Kampagne die sogenannten MPix - Sensoren untersucht. Dafür wurde zunächst eine Probestation in Betrieb genommen und die Steuerungssoftware programmiert. Zusätzlich wurden neuartige Auswer- tungsmethoden entwickelt und eine Datenbank eingerichtet. Zur Untersuchung der Änderung der Sensoreigenschaften durch Bestrahlung wurden die MPix-Sensoren zunächst vor der Bestrahlung charakterisiert und die Ergebnisse anschließend mit den Ergebnissen nach Bestrahlung verglichen. Der Untersuchungs- fokus lag auf den Einfluss des Sensorsubstrats, der Produktionstechnologie und der Bias-Strukturen auf der Strahlenhärte. Durch Bestrahlung degenerierten die Sensortypen unterschiedlich stark. Der Anstieg des Stromes durch Bestrahlung ist kleiner für Sensoren aus Magnetic-Czochralski- Silizium verglichen mit Sensoren aus Float-Zone-Silizium. Für Sensoren aus Float-Zone-Silizium ist der Stromanstieg schwächer für 200 m dicke Sensoren verglichen mit 320 m dicken Sensoren. Bias-Strukturen aus Poly- siliziumwiderstand und Punch-Through-Struktur werden durch die Bestrahlung geschädigt. Bei Strukturen aus Polysilizium steigt der Widerstand durch Bestrah- lung um etwa 50% und bei der Punch-Through-Struktur steigt die Punch-Through- Spannung um den Faktor zweiVerlag Deutsches Elektronen-SynchrotronDESY-THESIS-2016-004CERN-THESIS-2015-400oai:inspirehep.net:14343642016 |
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