Presentazione nuovi progetti Gr. V Trento - 2009 Gian-Franco Dalla Betta DISI, Universitá di Trento INFN – Padova, Gruppo Collegato di Trento Tel.: 0461883904, e-mail: dallabe@disi.unitn.it

Proposte nuovi progetti 2009 Sigla Titolo Anni Sezioni partecipanti Coordinatore nazionale TRIDEAS (*) Development and optimization of silicon detectors with 3-D Electrodes and Active edgeS 2009-2011 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 (2005-2008) (#) Evoluzione di precedenti progetti INFN inerenti i MAPS CMOS (Gr.5: SLIM5, SHARPS, DIGIMAPS; Gr.1: P-ILC) G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008

TREDI: rivelatori 3D Processo iniziale 3D-STC (Single Type Column), 2 lotti fabbricati 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) Doppia colonna (=> migliore controllo dei campi elettrici e della raccolta di carica) Colonne n+ e p+ passanti Processo double-sided Un lotto in fabbricazione nel 2008 Colonne n+ e p+ non passanti, su facce opposte Processo quasi single-sided semplice, resa elevata Due lotti fabbricati 2006-07, un terzo in fabbricazione G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008

Lotto 3D-DTC-1 STC DTC 80 mm pitch, 400 columns 100 mm pitch, undepleted Si 80 mm pitch, 400 columns 100 mm pitch, 256 columns G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008

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

Status FBK-irst 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. 2008 Completamento dei lotti previsti dal programma TREDI entro marzo 2009: rivelatori planari con bordo attivo 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. 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 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) 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 06/2009. misure elettriche su fetta (IV, CV, etc.) caratterizzazione IR laser e con sorgenti b 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) 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) G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008

Rivelatori a striplets doppia faccia Active area = 60x12.9 mm2 Angle ±45°, read-out strip pitch 50 mm, strip width 15 mm 1018 strips (666 full length strips) AC-coupling with metal electrode (no poly) Poly Rbias: ~ 1.5 MW (with metal BL) Back side isolation with atholl p-stops Processing at FBK-irst: substrate FZ, n-type <100>, 200-mm thick, r>6kW cm Vdepl~10V, Ileak~100pA/strip@FD G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008

Rivelatori a BJT per a (Radon) Test con LED Linearitá Accuratezza 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) 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/mm2 (3D) 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 mm) 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 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 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008

+ 1 dottorando da associare per il 2009 (Paolo Gabos, XXIV ciclo) Riassunto FTE 2009 Progetto \ Persona Ruolo TRIDEAS VIPIX DASIPM2 Giovanni Soncini PO 30% 40% (resp) Gian-Franco Dalla Betta PA 50% (resp) 20% (resp.) Giovanni Verzellesi 50% - Giorgio Fontana TC.EP Andrea Zoboli Dott. 100% Vladyslav Tyzhnevyi Thanawee Chodjoursawad Totale FTE per progetto 3.3 1.6 2.1 + 1 dottorando da associare per il 2009 (Paolo Gabos, XXIV ciclo) G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008

Riassunto richieste 2009 Progetto \ Voce TRIDEAS (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 3.0 - Consumabili: - Mat. Lab. probe-card, componentistica elettronica, connettori, supporti, laser, etc. Fabbricazione 1 lotto di rivelatori 3D con bordo attivo @ FBK-irst 2.0 26.4 Totale (k€) 36.4 10.0 G.-F. Dalla Betta Consiglio di Sezione INFN – PD Padova, 4 Luglio 2008