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7 N. Dinu, E. Fiandrini and L. Fano' Overview of the electrical characterization of AMS/CMS silicon microstrip detectors, Nota INFN AE-06/1.

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1 7 N. Dinu, E. Fiandrini and L. Fano' Overview of the electrical characterization of AMS/CMS silicon microstrip detectors, Nota INFN AE-06/1

2 The Simulator: Dessis, ISE- TCAD

3 strp 0 strp +100 strp +200 strp -100 strp um 19 p + strips with 27.5 um geometric pitch 9 metallized strips 5 read out strips Backplane with n+ Boron implant Thickness 300 um Each strip is an electrode with an initial voltage For DC studies each strip is kept at V= grid points

4 Bulk: Phosporus doping 2.2£10 11 cm 3 Depletion V 18 V, V bias =70 V P + strips: Boron doping 1.1£10 20 cm 3 P + implants width 12 um Gaussian Profile: Depth=0 Junction Depth 0.9 um Lateral width 0.4 um w depth LW

5 Metal Al 1 um + 3 um overhang Silicon Oxide 1 um Oxide Charge cm 2 e - Surf acc. layer Contact window 4 um

6 DC and AC Properties C (F) V bias (V) V bias (V) I (A) kHz C is C back Strip CapacitancesStrip Current V dep

7 RO fixed, x=25 um All float, x=25 um 2e-7 0 4e-7 0 1e-15 2e-15 3e e-7 4e-7 -2e-7 -4e-7 Current (A) Charge (C) 4e-15 3e-15 2e-15 1e-15 Time (sec) 0 1e-82e-83e-8 2e-8 1e-8

8 t=0 t=5 ns t=12 ns t=30 ns Time evolution of current holes e- S Side e- drift faster because of higher Cosa accade ad una carica iniettata nella zona di svuotamento? Deriva Diffonde

9 T=0 T=2 ns T=6 nsT= 13 ns Local electric field is changed by the spatial charge drifting in the silicon volume

10 Locally, electric field can vary by large factors Lines of constant electric field T=6 ns T=0

11 All Float, Cpt/Cis=0.2 Charge shared, Charge loss appears

12 RISULTATI SPERIMENTALI CON FASCIO DI IONI Possibili cause: Effetti non lineari nel silicio (campo locale troppo elevato e quindi ricombinazione) Risposta non lineare dellelettronica al variare dellampiezza del segnale di corrente generato dal passaggio della particella Risposta non lineare dellelettronica al variare della forma donda del segnale di corrente Andamento del segnale raccolto sui due lati del silicio in funzione della carica: Lato p + -n Lato n-n +

13 Carica raccolta in funzione del tempo per differenti Z (da 1 a 10) Previsto Simulazione Radice della carica raccolta in funzione di Z (da 1 a 10) Tempo di raccolta in funzione di Z 2 (Z da 1 a 10) SIMULAZIONI CON PARTICELLA INCIDENTE 0 2E -7 4E -7 6E -7 TEMPO DI RACCOLTA (s) CARICA RACCOLTA (C) 3E -14 2E -14 1E E -9 4E -9 6E -9 TEMPO DI RACCOLTA (s) 4E -5 3E -5 2E -5 1E -5 Ampiezza della corrente per varie Z (da 1 a 10) Corrente (A)

14 Femlab D Multiphysics modeling package from nanometer to meter scale Include quantum mechanics and semiconductor physics which can be coupled together (...and a really huge library of phys modules, eg mems, optics, photonics, struct mechanics, fluid dynamics, etc. etc.) Found some ref of CNT modeling using femlab Need to get latest version (estimated cost ca. 5 keuro)

15 Femlab Sigespes wafers (prototype ready mid-nov 08) modeled 1:1 scale R=10 cm Thickness 1 cm Pad 1x1 cm 2 Strips width: um Strips Length 2 cm

16 Femlab Detail of electric field


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