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Presentazione nuovi progetti Gr. V Trento - 2009 Gian-Franco Dalla Betta DISI, Universitá di Trento INFN – Padova, Gruppo Collegato di Trento Tel.: 0461883904,

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1 Presentazione nuovi progetti Gr. V Trento Gian-Franco Dalla Betta DISI, Universitá di Trento INFN – Padova, Gruppo Collegato di Trento Tel.: ,

2 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Proposte nuovi progetti 2009 SiglaTitoloAnniSezioni partecipanti Coordinatore nazionale TRIDEAS (*) Development and optimization of silicon detectors with 3-D Electrodes and Active edgeS BA, TN, TS-dot. (+ FBK-irst) Gian-Franco Dalla Betta (Trento) VIPIX (#) Vertically Integrated PIXels) BO, PG, PI, PV, Roma III, TN, TO, TS (+FBK-irst) Valerio Re (Pavia) (*) Evoluzione del progetto TREDI ( ) (#) Evoluzione di precedenti progetti INFN inerenti i MAPS CMOS (Gr.5: SLIM5, SHARPS, DIGIMAPS; Gr.1: P-ILC) (Gr.5: SLIM5, SHARPS, DIGIMAPS; Gr.1: P-ILC)

3 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Colonne n + e p + non passanti, su facce opposte Processo quasi single-sided  semplice, resa elevata TREDI: rivelatori 3D Colonne n + e p + passanti Processo double-sided Un lotto in fabbricazione nel 2008 Doppia colonna (=> migliore controllo dei campi elettrici e della raccolta di carica) Processo “semplificato” (punto di partenza per lo sviluppo della tecnologia e delle metodologie di test)  Colonne di singolo tipo (n + ) su substrati p  Colonne non passanti Processi 3D-DTC (Double Type Column) Processo iniziale 3D-STC (Single Type Column), 2 lotti fabbricati Due lotti fabbricati , un terzo in fabbricazione

4 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Lotto 3D-DTC-1 undepleted Si 80  m pitch, 400 columns 100  m pitch, 256 columns STC DTC

5 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Caratterizzazione funzionale 3D-DTC-1 Bias Voltage [V] Efficiency [%] Bias Voltage [V] Collected Charge [fC]  source setup IR laser setup ATLAS SCT binary read-out, 40MHz, 20ns

6 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Finalmente acquisita e operativa l’attrezzatura di Deep Reactive Ion Etching (DRIE) In corso un riciclo di fabbricazione 3D-DTC (atteso per set. 2008) In fase di progetto/layout un nuovo lotto 3D con colonne passanti, fab. da completarsi entro dic Completamento dei lotti previsti dal programma TREDI entro marzo 2009: rivelatori planari con bordo attivo Status FBK-irst

7 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 TRIDEAS Obiettivo generale: Sviluppare ulteriormente ed ottimizzare (sia a livello tecnologico che progettuale) rivelatori 3D con bordo attivo, orientati ad applicazioni in sLHC. Durata: 3 anni Sezioni coinvolte: Padova(Trento), Bari, Trieste (dotaz.) Supporto esterno: INFN Genova, 3D-ATLAS Collab.

8 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Tecnologia e progetto Attacchi DRIE Bordo attivo: richiede wafer di supporto e rimozione dello stesso alla fine tramite CMP Resa di processo Ottimizzazione layout celle base: segnale vs rumore (cap) Sinergia con sviluppo chip di front-end

9 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Programma generale  Completare caratterizzazione lotti TREDI  Design e fabbricazione di un lotto di sviluppo (entro 2009) e di un lotto di ottimizzazione (entro 2010)  Caratterizzazione elettrica e funzionale (laser e sorgenti radioattive) estensiva,compresi effetti del danno da radiazione (neutroni, protoni, X)  Partecipazione a beam test CERN con rivelatori a pixel 3D (2010 e 2011)

10 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Piano attività TN 2009  Completamento e caratterizzazione ultimi lotti TREDI (colonne passanti e planare bordo attivo) entro 06/ misure elettriche su fetta (IV, CV, etc.) -caratterizzazione IR laser e con sorgenti   Simulazione TCAD e progetto rivelatori 3D con bordo attivo (09/09)  FBK-irst: Fabbricazione primo lotto 3D con bordo attivo (12/09)  Test di irraggiamento lotti esistenti (12/09)

11 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 SLIM5: Thin Tracker Obiettivo: Sviluppo di rivelatori di silicio sottili a pixel e strisce con capacita' di trigger per tracciatura di particelle cariche. Tecnologie: -Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS, CMOS deep n-well) -rivelatori a microstriscia in silicio sottile Programma svolto regolarmente, ottimi risultati, beam test finale presso CERN, settembre 2008 Ruolo Trento: WP2, rivelatori a microstriscia sottili (ed inoltre studio rivelatori basati su BJT per applicazioni ambientali)

12 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Rivelatori a striplets doppia faccia  Active area = 60x12.9 mm 2  Angle ±45°, read-out strip pitch 50  m, strip width 15  m  1018 strips (666 full length strips)  AC-coupling with metal electrode (no poly)  Poly R bias : ~ 1.5 M  with metal BL)  Back side isolation with atholl p-stops Processing at FBK-irst: substrate FZ, n-type, 200-  m thick,  >6k  cm V depl ~10V, I leak

13 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Rivelatori a BJT per  (Radon) Test con LED LinearitáAccuratezza

14 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 VIPIX Obiettivo generale: Sviluppo di sistemi a pixel per tracciatori sottili di particelle cariche basati su tecnologie di integrazione verticale (VSI) Durata: 3 anni. Anno 2009: ~18 FTE, ~270kEuro Sezioni coinvolte: BO, PD(TN), PI, PV, TO,TS (da SLIM5), PG (da SHARPS), RM3 (da DIGIMAPS). 3 WP (Sensori e front-end, Trigger/DAQ, Integr.-Meccanica-Beam Test)

15 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Integrazione verticale Tezzaron-Chartered 3D process, CMOS 130nm (face to face wafer bonding) MPW service, 500 Euro/mm 2 (3D)

16 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Approcci tecnologici 1) Integrazione verticale fra 2 layer di cui uno contiene un dispositivo MAPS e il front-end analogico, e il secondo il readout digitale (  pitch ridotto, 100% fill factor, migliore S/N a paritá di potenza dissipata grazie alle ridotte capacitá parassite, riduzione delle interferenze tra sezione digitale e sezione analogica, maggiori funzionalitá su pixel,...) 2) Pixel ibridi in VSI: sensore a pixel ad alta resistività completamente svuotato abbinato a chip di lettura CMOS su due layer (analogico-digitale) (  si sfruttano pienamente le migliori caratteristiche di un rivelatore svuotato rispetto ai MAPS in termini di ampiezza e velocitá segnali, resistenza alla radiazione, capacitá elettrodo di raccolta) Due possibili strategie: 2a. Integrazione verticale (piú interessante ma problematica) 2b. Bump-bonding (detector meno sottile, ma pitch ~ 50  m)

17 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Outline programma (WP1)  2009: Caratterizzazione strutture di test Tezzaron (run pilota 2008), progetto MAPS e chip di front- end per pixel ibridi VSI per run I Tezzaron, studi integrazione pixel ibridi  2010: caratterizzazione dispositivi run I, realizzazione e prima integrazione pixel ibridi, primo test su fascio, progetto run II Tezzaron  2011: caratterizzazione run II, seconda integrazione pixel ibridi, secondo test su fascio

18 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Piano attività TN 2009  Caratterizzazione (morfologica, elettrica e funzionale) di rivelatori HR sottili disponibili da SLIM5, per ottimizzazione tecnologia  Studio delle tecnologie per integrazione tra pixel alta resistivita’ e chip di front-end CMOS VSI (bump-bonding e integrazione verticale)  Definizione delle specifiche per la matrice di sensori a pixel su alta resistivitá

19 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Riassunto FTE 2009 Progetto \ PersonaRuoloTRIDEASVIPIX DASIPM2 Giovanni SonciniPO30%40% (resp) 30% Gian-Franco Dalla BettaPA50% (resp) 20% 30% (resp.) Giovanni VerzellesiPO50% - Giorgio FontanaTC.EP50%- Andrea ZoboliDott.100%- - Vladyslav TyzhnevyiDott.50% - Thanawee ChodjoursawadDott % Totale FTE per progetto dottorando da associare per il 2009 (Paolo Gabos, XXIV ciclo)

20 Progetti TN gr.V 2009 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008 Riassunto richieste 2009 Progetto \ VoceTRIDEAS (k€)VIPIX (k€) Missioni interne: - riunioni tecniche e di coordinamento, attivita’ presso altre sedi 2.5 Missioni estero: -Partecipazione conferenza internazionale - Beam test e riunioni tecniche CERN - Visita Labs. VSI per pixel ibridi Consumabili: - Mat. Lab. probe-card, componentistica elettronica, connettori, supporti, laser, etc. - Fabbricazione 1 lotto di rivelatori 3D con bordo FBK-irst Totale (k€)


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