CMS Pixel Readout
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Projektarbeit Ergebnisse von ersten Messungen an CMS Pixeldetektoren ausgeführt am Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften Thomas Bergauer 9525273 28. März 2003 Zusammenfassung An einem Silizium- und einem Diamantpixeldetektor, beide bump-gebondet auf den PSI30 Auslesechip, wurden verschiedene Messungen durchgeführt, um den Versuchsaufbau zu testen, die Bump-bonding-Effizienz zu messen und die Empfindlichkeiten und Ansprechschwellen von Chip und Detektor zu ermitteln. 1 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Das Experiment CMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3 2 Halbleiterdetektoren . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Grundlagen der Halbleiterphysik . . . . . . 2.2 Siliziumdetektoren . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Diamantdetektoren . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Differenzierung bezüglich Detektorgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Messungen . . . . . . . . . . . 3.1 Versuchsaufbau . . . . . . . 3.2 Messungen und Ergebnisse . 3.3 Erkenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 . 15 . 16 . 23 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 10 11 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 A Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 A.1 Silizium-Detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 A.2 Diamant-Detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2 Kapitel 1 Einleitung 1.1 Allgemeines Die Suche nach den kleinsten Bausteinen des Universums und nach der Kraft, die diese zusammenhält, läßt Physiker auf der ganzen Welt immer leistungsfähigere Forschungsanlagen bauen, in denen Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten – und damit Energien – beschleunigt und anschließend zur Kollision gebracht werden. Um die entstehenden Sekundärteilchen möglichst genau aufzuzeichnen sind empfindliche Detektoren notwendig. Diese Detektoren werden zwiebelschalenförmig um den Wechselwirkungspunkt der Teilchenkollision positioniert. Der innerste dieser Detektoren ist der Vertexdetektor. Dieser besteht meist aus Halbleiterdetektoren, die eine hohe Ortsauflösung besitzen müssen, um die Teilchenbahnen genau vermessen zu können, und außerdem muß die Auslese sehr schnell sein, da nahe des Wechselwirkungspunktes eine sehr hohe Teilchenrate zu erwarten ist. Als Material für solche Halbleiterdetektoren hat sich Silizium durchgesetzt, da das Ausgangsmaterial billig ist und der Dotierungsvorgang, der notwendig ist, um Strukturen in dem Siliziumsubstrat zu erzeugen, in der Elektronikindustrie schon vielfach erprobt wurde. Erst in letzter Zeit wurde ein anderes Material für Vertexdetektoren in Betracht gezogen, daß in vielen Punkten dem Silizium überlegen ist: künstlich hergestellter Diamant. Dazu wurde am CERN 1 eine Kollaboration – RD42 – gegründet, die sich mit der Herstellung und mit dem Test von Diamantdetektoren beschäftigt2 . Um die notwendige, hohe Ortsauflösung zu erreichen, sind die Detektoren meist als Streifen- oder Pixeldetektoren ausgeführt. Dazu werden in das De1 2 Europäisches Laboratorium für Teilchenphysik, Genf, Schweiz, http://www.cern.ch/ für Details zu RD42 siehe http://www.cern.ch/RD42/ 1.2. Das Experiment CMS 3 tektormaterial feine streifen- oder punktförmige Strukturen auf- oder eingebracht, wobei jede in einem eigenen Kanal elektronisch ausgelesen wird. Während der Auslese- und Vorverstärkerchip bei einem Streifendetektor meist an einem Ende der Streifen positioniert ist, ist das bei Pixeldetektoren nicht möglich. Hier muß ein Auslesechip verwendet werden, der die gleichen geometrischen Abmessungen besitzt wie der Detektor selbst und hinter diesem, quasi huckepack“ befestigt ist. Durch sogenanntes bump-bonden beim ” Verbinden von Chip und Detektor wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen jedem Pixel des Detektors und dem Chip hergestellt. Der Aufwand für die Auslese und die Vorverstärkung der Signale ist bei einem Pixeldetektor weit größer als bei einem Streifendetektor. Dadurch können nicht so große Detektorflächen hergestellt werden. Auch der Prozeß des bump-bondens ist noch nicht so ausgereift, daß jeder Pixel einen elektrischen Kontakt zu dem Auslesechip besitzt. Die Effizienz dieses Vorgangs sowie der Auslesechip selbst, sind Gegenstand dieser Arbeit. 1.2 Das Experiment CMS Um das Standardmodell der Elementarteilchenphysik auch bei Energien verifizieren zu können, die in heutigen Beschleunigeranlagen nicht erreicht werden, ist es notwendig einen Speicherring zu bauen, der mit Protonen arbeitet. Protonen, die zu der Gruppe der Hadronen gehören, sind 1836 mal schwerer – und damit energiereicher – als Elektronen. Aus diesem Grund wird am CERN in Genf der LHC 3 gebaut. Dazu muß der jetzt existierende Speicherring LEP 4 demontiert werden, da LHC im gleichen Tunnel, in dem sich jetzt LEP befindet, gebaut werden soll. Dieser Tunnel befindet sich rund 100 m unter der Erdoberfläche und hat einen Umfang von 27 km. Mit der Abschaltung von LEP ist Ende 2000 zu rechnen, LHC soll im Jahr 2005 in Betrieb gehen. Die Energie der umlaufenden Protonen soll bei LHC 2 × 7 TeV, betragen. Im Vergleich dazu erreichte LEP am 15. August 1999 eine Energie von 2 × 100 GeV. Am LHC sollen vier große Experimente installiert werden. Dies sind ALICE, ATLAS, CMS und LHC-b. Auf CMS5 wird in diesem Kapitel näher eingegangen und im folgenden seine Hauptkomponenten näher beschrieben [1, 2]. Abbildung 1.1 zeigt den schematischen Aufbau dieses Detektors. 3 LHC steht für Large Hadron Collider Large Elektron Positron collider 5 Comact Myon Solenoid 4 1.2. Das Experiment CMS 4 -x -y -x -z Abb. 1.1: Schematischer Aufbau des Experiments CMS. 1.2. Das Experiment CMS 1.2.1 5 Tracker Ein robustes und vielseitiges Trackingsystem ist von äußerster Wichtigkeit für ein Experiment, daß für einen weiten Forschungsbereich ausgelegt ist. Das CMS Trackingsystem wurde gebaut, um die Spur von einzelnen Elektronen, Myonen und Hadronen mit einem hohen Impuls mit großer Auflösung und Effizienz aufzuzeichnen und außerdem die Spur von Sekundärteilchen zu identifizieren, die z.B. von b-Quark-Zerfällen stammen könnten. Solche Zerfälle eröffnen ein breites Spektrum für neue physikalische Untersuchungen. Alle die im folgenden beschriebenen Trackerkomponenten befinden sich in einem Magnetfeld von 4 Tesla. Pixeldetektoren: Bei geringer Entfernung von 4 bis 11 cm zu dem Strahlrohr und in den Endkappen kommen Silizium-Pixeldetektoren mit einer Zellgröße von 150×150 µm2 zum Einsatz. Durch die hohe Teilchenrate kommt es schnell zu Strahlenschäden in den Siliziumkristallen. Eine andere Möglichkeit sind Diamantdetektoren, die viel strahlungsunempfindlicher sind (siehe auch Kapitel 3). Ein Nachteil der Pixeldetektoren ist die große Anzahl von Elektronikkanälen, die ausgelesen werden müssen. Streifendetektoren: Vom Strahlrohr in einer Entfernung von 22 bis 60 cm kommen Siliziumstreifendetektoren zum Einsatz. Sie sind in fünf Lagen zylindrisch um den Kollisionspunkt angeordnet. Weitere Detektoren befinden sich in den Endkappen. Die Hälfte der zylindrisch angeordneten Detektoren sind als zwei übereinander positionierten einseitigen Modulen ausgeführt. Ein Detektormodul besteht aus dem eigentlichen Siliziumdetektor und dem Auslesechip. Die Anzahl der Elektronikkanäle ist hier weitaus geringer als bei den Pixeldetektoren in der ersten Schicht. Gasmikrostreifenkammer: Die MSGC (micro strip gas chamber) ist ein 6 m langer Zylinder mit einem Durchmesser von 3 m. In ihr befinden sich auf ein Trägermaterial aufgedampfte Streifen mit einer Länge von 12,5 und 25 cm, die einen Abstand von 200 µm zueinander besitzen. Durch analoge Auslese kann die Auflösung auf 30 bis 40 µm gesteigert werden. 1.2.2 Kalorimeter Weiter außerhalb werden die Elektronen, Photonen und Hadronen von den Kalorimetern absorbiert, um ihre Energie zu messen. Die erste Kalorimeterlage (elektromagnetisches Kalorimeter) dient zur Messung der Energie von Elektronen und Photonen, während die zweite (Hadronkalorimeter) für die 1.2. Das Experiment CMS 6 Messung stark wechselwirkender Teilchen gebaut ist. Neutrinos können aufgrund ihres geringen Wirkungsquerschnittes nicht direkt gemessen werden. Nur durch hermetische Messung aller Teilchen kann die fehlende Energie den Neutrinos zugeordnet werden. Elektromagnetisches Kalorimeter: Ein wichtiges Designziel von CMS ist die Konstruktion eines leistungsfähigen elektromagnetischen Kalorimeters. Dazu werden Szintillationskristalle verwendet, die aus BleiWolfram-Oxid (P bW O4 ) bestehen. Dieses Material bietet einen kleinen Molièreradius und eine kurze Strahlungslänge bei gleichzeitig hoher Dichte. Dadurch erlaubt es ein großes Entdeckungspotential für das Higgs-Boson. Diese Szintillatorkristalle, 22 × 22 mm 2 groß, sind mit Lawinenphotodioden und Vakuumphototrioden ausgestattet und arbeiten in einem magnetischen Feld von 4 Tesla. Weiters existieren noch Endkappen-Preshower-Kalorimeter, die aus Silizium aufgebaut sind, für die Trennung von γ und π 0 . Hadronisches Kalorimeter: Die zweite Kalorimeterlage dient zur Messung der Energie von Hadronen, wie z.B. Protonen, Pionen, etc. Sie besteht aus einem Samplingkalorimeter, daß Kupfer als Absorbermaterial und wellenlängenschiebende Szintillatoren verwendet. In der ForwardRegion werden Absorberplatten aus Stahl und Quarzfasern als aktives Medium verwendet. Die Energie von Jets wird durch die Messung des Cherenkov-Lichts beim Durchgang durch die Quarzfasern bestimmt. Ein elektrisches Signal wird nun dadurch erzeugt, daß das in den Szintillatoren erzeugte Licht in Hybridphotodioden und für die ForwardRegion in konventionelle Photomultiplier geleitet wird. 1.2.3 Myonensystem Man erwartet, daß Myonen eine klare Signatur für viele physikalische Prozesse liefern, die bei den hohen Energien von LHC stattfinden. Abgesehen von der exakten Messung des Impulses von Myonen soll der Myonendetektor schnelle Triggerentscheidungen liefern. Er ist hinter den Kalorimetern im Joch des Magneten positioniert. Um Myonen detektieren zu können, muß durch dickes Absorbermaterial aus Eisen sichergestellt werden, daß es keine anderen Teilchen durchdringen können, außer Myonen und Neutrinos. CMS verwendet drei Typen von gasgefüllten Detektoren dafür. Driftröhren: Jede Röhre ist in Schichten angeordnet und besteht aus Drähten mit einem relativ großen Abstand von 4 cm. Da nur die Signale von diesen Drähten aufgezeichnet werden, hält sich die Datenrate in Grenzen. Wenn ein ionisierendes Teilchen die Röhre durchquert werden 1.2. Das Experiment CMS 7 Elektronen freigesetzt. Diese Elektronen bewegen sich im elektrischen Feld in Richtung der Drähte. Durch Messung der Driftzeit bis zum Erreichen eines der Drähte kann eine Aussage über die Entfernung des Teilchendurchganges zum Draht gemacht werden. Kathodenstreifenkammern: Diese Art von Drahtkammer wird in der Endkappenregion von CMS verwendet, wo das magnetische Feld sehr hoch und ungleichmäßig ist. Kathodenstreifenkammern sind VieldrahtProportionalkammern, bei denen die Drähte einer Kathode auf ihrer Länge unterteilt sind. Dadurch ist eine zweidimensionale Auslese möglich. Widerstandsparallelplattenkammern: Das sind sehr schnelle, gashältige Detektoren, die die Information für den Trigger liefern. Sie bestehen aus sehr hochohmigen, parallelen Kunststoffplatten, an die eine Hochspannung angelegt wird. Dadurch entsteht ein homogenes elektrisches Feld zwischen den Platten. Ionisierende Teilchen erzeugen freie Elektronen, die sich in der Gasatmosphäre lawinenartig vermehren und auf die Platten abgesaugt werden. Dieses Signal wird ausgelesen. 8 Kapitel 2 Halbleiterdetektoren 2.1 2.1.1 Grundlagen der Halbleiterphysik Einleitung Will man Stoffe hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden, so lassen sich diese in drei Gruppen einteilen. Aufgrund der Größe des elektrischen Widerstandes unterscheidet man zwischen Leiter, Nichtleiter (Isolator), und Halbleiter. Die meisten Metalle sind bei Raumtemperatur Leiter. Bei Erhöhung der Temperatur verringert sich die Leitfähigkeit von Metallen aber zusehends, da die mittlere freie Weglänge der Leitungselektronen durch die wachsende Anzahl von Stößen mit thermischen Phononen gesenkt wird. Bei Termperaturverringerung wird die Leitfähigkeit immer größer, bis nahe des absoluten Nullpunktes Supraleitung beobachtet werden kann. Man kann aber auch bei einigen Elementen den umgekehrten Effekt – die Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit bei steigender Temperatur – beobachten. Diese Gruppe von Elementen wird Halbleiter genannt. Sie sind nahe des absoluten Nullpunktes ideale Isolatoren. Dieses Verhalten läßt sich mit Hilfe des Bändermodelles erklären. Im Bändermodell der Festkörper wird die Leitfähigkeit durch die Besetzung von Energiebändern erklärt. Bei Isolatoren und Halbleitern finden sich nahe des absoluten Nullpunktes keine Elektronen im Leitungsband, während das Valenzband hingegen vollständig gefüllt ist. Leitungs- und Valenzband sind durch die sogenannte Bandlücke voneinander getrennt, die bei Isolatoren mit Werten über 4 eV größer ist als bei Halbleitern, wo sie nur ungefähr 1 eV beträgt. Dies unterscheidet sie von Metallen, die bereits bei 0 K ein teilweise gefülltes Leitungsband besitzen und bei denen sich Valenz- und Leitungsband überlappen. Der Übergang zwischen Isolator und Halbleiter ist fließend, da er nur durch die Größe des Bandabstandes festgelegt ist. 2.1. Grundlagen der Halbleiterphysik 9 Der elektrische Widerstand von Halbleitern ist nicht nur temperaturabhängig, sondern variiert auch bei anderer Art von Energiezufuhr. Das kann durch Lichteinstrahlung, aber auch durch Einbringung von Fremdatomen in den Halbleiterkristall, geschehen. Dadurch ergibt sich ein breites Anwendungsfeld in Wissenschaft und Technik. 2.1.2 Eigen- und Störstellenleitung Von Eigenleitung spricht man, wenn durch Energiezufuhr, wie z.B. thermische Anregung, Elektronen leicht die Bandlücke von ca. 1 eV überwinden und somit in das Leitungsband gelangen können. Dabei läßt es im Valenzband ein unbesetztes Energieniveau zurück. Im Bindungsmodell bedeutet dies, daß eine kovalente Bindung aufgebrochen wird und damit ein freies Elektron und eine Fehlstelle entstehen. Das Elektron ist nun im Kristall fast frei beweglich und trägt damit zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Halbleiters bei. Die zurückgebliebene, offene Bindung kann ein anderes Elektron einfangen. Somit wird die ursprünglich aufgebrochene Bindung gesättigt, während in einem anderen Atom nun ein Elektron fehlt. Nachdem sich dieser Vorgang beliebig oft wiederholen kann, hat es den Eindruck, daß sich die offene Bindung – das Loch – selbst durch den Kristall bewegt. Bei der Störstellenleitung geschieht nun genau das gleiche, wie bei der Eigenleitung, nur ist hier der Kristall mit Fremdatomen verunreinigt, welche höher- oder niederwertiger als der Halbleiter selbst sind. Deshalb können nicht alle Elektronen der Fremdatome in das Kristallgitter eingebaut werden. Dadurch sind noch mehr freie Elektronen und Löcher vorhanden, was die Leitfähigkeit des Halbleiters nochmals erhöht. Bei dem heute am häufigsten verwendeten Halbleitermaterial Silizium würde das folgendes bedeuten: Silizium steht im Periodensystem in der vierten Hauptgruppe, das heißt, daß es vier Valenzelektronen in der äußersten Schale besitzt. Wird ein Siliziumeinkristall nun durch Atome der dritten oder fünften Hauptgruppe gezielt verunreinigt (dotiert), so entsteht dadurch ein Überschuß an Fehlstellen bzw. ein Überschuß an Elektronen. Als dreiwertige Elemente werden hauptsächlich Aluminium, Gallium oder Indium verwendet. Diese Elemente werden Akzeptoren genannt. Das bei der Dotierung entstehende verunreinigte Halbleitermaterial p-Leiter. Als fünfwertige Elemente werden hauptsächlich Phosphor oder Arsen verwendet. Mit diesen Elementen, den Donatoren, verunreinigte Halbleiter nennt man n-Leiter. 2.1.3 Der pn-Übergang Verbindet man einen p-Leiter und einen n-Leiter derart, daß praktisch ein einzelner Kristall daraus entsteht, so nennt man diese Verbindung einen pnÜbergang, oder kurz Diode. Durch den Elektronenüberschuß im n-Leiter und 2.2. Siliziumdetektoren 10 dem Löcherüberschuß im p-Leiter entsteht ein Konzentrationsgefälle und damit ein Diffusionsstrom, mit dem sich die Elektronen in den p-Bereich und die Löcher in den n-Bereich bewegen. Dabei rekombiniert eine große Anzahl von ihnen und es bildet sich rund um den pn- Übergang eine Schicht, die im thermischen Gleichgewicht praktisch frei von Ladungsträgern ist, die sogenannte Verarmungszone. Ihre Tiefe hängt von der Stärke der Dotierung ab. Sie ist umso tiefer, je weniger dotiert ein Bereich ist. Durch die Verarmungszone baut sich sowohl im p- als auch im n-dotierten Bereich eine Raumladung auf. Der Potentialunterschied zwischen diesen Gebieten ist die sogenannte Diffusionsspannung. Legt man an einen pn-Übergang eine Gleichspannung an, sodaß der ndotierte Bereich an der negativen und der p-dotierte Bereich an der positiven Elektrode der Spannungsquelle liegt, wird die Breite der Verarmungszone verringert. Dadurch nimmt der Diffusionsstrom zu und die Diode leitet. Diese Art der Beschaltung wird als in Durchlaßrichtung“ bezeichnet. ” Polt man die Gleichspannung im Vergleich zu vorher um, d.h. daß der pLeiter mit der negativen Elektrode und der n-Leiter mit der positiven Elektrode der Batterie verbunden ist, so nimmt die Breite der Verarmungszone zu, dadurch kann sie von keinem Leitungselektron durchquert werden und die Diode sperrt. Deshalb nennt man diese Beschaltung die Sperrichtung“. ” 2.2 Siliziumdetektoren Wird eine Siliziumdiode in Sperrichtung betrieben, so breitet sich in ihr eine Verarmungzone aus. In dieser wird durch das elektrische Feld der angelegten Spannung der Aufenthalt von freien Ladungsträgern verhindert. Diese werden sofort zur Anode oder zur Kathode abgesaugt (vgl. Abb. 2.1). + p n + - + - + - + - 0<U<UFDV Abb. 2.1: Aufbau einer Siliziumdiode, die bei einer Spannung U , die kleiner als die volle Verarmungspannung UF DV ist, in Sperrichtung betrieben wird. Der graue Bereich ist die Verarmungszone, die von der Spannung U abhängig ist. Die dort durch ein geladenes Teilchen erzeugten Elektron-Loch-Paare werden durch das elektr. Feld der angelegte Spannung in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt. Dieses Prinzip macht man sich in einem Siliziumteilchendetektor zunutze. Jedes ionisierende Teilchen, daß den Detektor durchquert, deponiert in die- 2.3. Diamantdetektoren 11 sem Energie. Diese Energie erzeugt im Kristall pro 3,6 eV ein ElektronenLoch-Paar. Bei einem typischen Siliziumdetektor mit 300 µm Dicke werden im Mittel 21600 e− generiert [3]. Diese Ladungen driften durch das elektrische Feld in Richtung der Elektroden und werden einem Verstärker zugeführt. Um den Dunkelstrom des Detektors, der durch thermisch generierte Elektronen-Loch-Paare entsteht, gering zu halten, wird eine AC-gekoppelte Auslese verwendet. Dadurch wird der Dunkelstrom, der ein Gleichstrom ist, unterdrückt und nur das Signal des ionisierenden Teilchens wird verstärkt. 2.3 Diamantdetektoren Da Siliziumdetektoren nach sehr starker Bestrahlung immer niederohmiger werden und damit die Bias-Spannung erhöht werden muss, um eine volle Verarmung der Detektoren zu gewährleisten, steigt auch die Leistungsaufnahme und damit die Verlustwärme. Dadurch sucht man nach Alternativen. Zu diesen zählen CVD (chemical vapored deposition, d.h. künstlich gewachsene) Diamanten, die als Detektoren in der Hochenergiephysik zum Einsatz kommen können. Da Diamant ein Isolator ist, was man an seiner großen Bandlücke erkennen kann (siehe Tabelle 2.1), braucht man keine Verarmungszone, um den Detektor ladungsfrei halten zu können. Dadurch besteht ein Diamantdetektor nur aus einem Material, das aber im Gegensatz zu Silizium kein Einkristall ist, sondern aus lauter kleineren Kristallen, sogenannten Kristalliten, besteht. Bandlücke [eV] intrinsische Ladungsträgerdichte Dielektrizitätskonstante Diamant 5,47 < 103 5,7 Silizium 1,12 1, 5 · 1010 11,9 Tab. 2.1: Ein Vergleich der für Teilchendetektoren relevanten Eigenschaften von Silizium und Diamant [4]. Durch die geringere Dielektrizitätskonstante von Diamant ist solch ein Detektor rauschärmer im Vergleich zu Silizium. Aber weil Diamant ein Isolator ist, ist eine viel größere Energie von ca. 13 eV notwendig, um ein ElektronenLoch-Paar zu generieren als bei Silizium mit den vorher erwähnten 3,6 eV. Dadurch ist das elektrische Signal, daß bei einem Teilchendurchgang erzeugt wird, viel kleiner als bei Silizium. Ein weiterer Grund dafür ist noch die endliche charge collection distance (ccd), d.h. jene Tatsache, daß nicht alle Elektronen-Loch-Paare die Streifen erreichen und damit zum Signal beitragen, sondern schon vorher im Substrat rekombinieren. 2.4. Differenzierung bezüglich Detektorgeometrie 12 Trotzdem wird an Diamant als Alternative für Silizium im Inner Tracker von den zukünftigen Großexperimenten am LHC gedacht, da die Strahlenbelastung nahe des Strahlrohres so groß ist, daß sie Siliziumdetektoren auf Dauer nicht aushalten würden. 2.4 2.4.1 Differenzierung bezüglich Detektorgeometrie Streifen Um eine eindimensionale Ortsauflösung des Teilchendurchganges durch einen Halbleiterdetektor zu ermitteln, gibt es die Möglichkeit, auf eine Seite des n-Typ Siliziumsubstrats p+ -dotierte Streifen1 zu implantieren. Diese können einen Abstand von 20 µm oder mehr haben. Durch Auslese der Ladung, die auf jedem der Streifen gesammelt wurde, kann eine Aussage über den Ort des Teilchendurchgangs gemacht werden. Hier kann zwischen digitaler und analoger Auslese unterschieden werden. Bei der digitalen Auslese wird nur die Nummer des Streifens, auf dem die meiste Ladung gesammelt wurde ausgegeben. Bei der analogen Auslese hingegen wird die Höhe der Ladung der einzelnen Streifen gemessen und damit die genaue Teilchenspur ermittelt. Wenn sich z.B. die Gesamtladung im Verhältnis 1:1 auf zwei Streifen aufteilt, kann man daraus den Schluß ziehen, daß der Teilchendurchgang genau zwischen den beiden ansprechenden Streifen stattfand. Damit kann die Auflösung besser als der geometrische Abstand der Streifen werden. Weiters kann die Auflösung noch durch sogenannte intermediate strips“ verbessert werden. ” Für die gleichzeitige Messung zweier Koordinatenrichtungen kann man zwei einseitige Streifendetektoren so kombinieren, daß ihre Streifen verschiedene Orientierung aufweisen. Damit nicht zwei einseitige Detektoren verwendet werden müssen, implantiert man auf der Rückseite (Backplane) eines einseitigen Detektor n+ -dotierte Streifen orthogonal zu den auf der Vorderseite. Damit erhält man einen doppelseitigen Streifendetektor (vgl. Abb. 2.2). 2.4.2 Pixel Will man auf einem einseitigen Detektor zwei Ortskoordinaten auslesen, so verwendet man einen Pixeldetektor. Hier bestehen die Implantate nicht aus Streifen, sondern aus sogenannten Pixel, das sind quadratische oder rechteckige Zellen, die einzeln ausgelesen werden. Um dies zu realisieren, muß die Ausleseelektronik (der Chip“) direkt auf ” den Detektor montiert werden. Dies geschieht durch den sogenannten Bump ” 1 Das hochgestellte + bedeutet eine besonders starke p-Dotierung 2.4. Differenzierung bezüglich Detektorgeometrie 13 Aluminium Polysiliziumwiderstand Streifenorientierung p-Seite SiO 2 Schutzringe Spannungsringe Si 3 N 4 p+ Implantat p-Kompensation SiO 2 Si 3 N 4 n -Substrat n+ Implantat Streifenorientierung n-Seite ist senkrecht zum Papier Abb. 2.2: Aufbau eines doppelseitigen Streifendetektors Bonding“-Prozeß. Zwischen jedem Pixel des Detektors und seinem Auslesekanal muß sich dafür eine kleine Kugel aus elektrisch leitendem Material befinden (siehe Photo in Abb. 2.4). Daraus folgt, daß die geometrischen Abmessungen von Chip und Detektor übereinstimmen müssen. Abbildung 2.3 zeigt eine solche, mittels Bump Bonding verbundene, Kombination aus Detektor und Auslesechip. Abb. 2.3: Aufbau eines Pixeldetektors. Der Auslesechip sitzt bump-gebondet unter dem Halbleiterdetektor. Pixeldetektoren garantieren eine echte zweidimensionales Koordinatenerfassung. Der Nachteil liegt aber in der sehr hohen Zahl von Elektronikkanälen. So benötigt man für einen Detektor mit 30 × 22 Pixel insgesamt 660 Auslesekanäle, wobei es bei einem zweidimensionalen, doppelseitigen Streifendetektor nur 52 Kanäle sind. 2.4. Differenzierung bezüglich Detektorgeometrie 14 Abb. 2.4: Dieses Bild zeigt vier Pixel, auf denen vier einheitliche Indiumperlen aufgebracht wurden. Die großen Kreise auf der Passivierungsschicht (Siliziumnitrat) ergeben sich durch den Aufdampfprozess der Indiumkügelchen. 15 Kapitel 3 Messungen Jeweils ein Silizium- und ein Diamantpixeldetektor (DS-73 1 ) sind Gegenstand dieser Untersuchungen. Beide Detektoren wurden mittels bump-bonden mit dem Auslesechip PSI30 verbunden. Dieser Auslesechip wurde am Paul-Scherrer-Institut2 von Roland Horisberger entworfen, der auch für das Bump-bonding dessen auf die Detektoren zuständig war. 3.1 Versuchsaufbau Das Setup dieser Messungen wurde am Institut für Hochenergiephysik vom Fachbereich Elektronik II gebaut. Zur Vereinfachung werden der Analogteil und der Digitalteil getrennt behandelt. Der Analogteil (siehe Abbildung 3.1) beschreibt den Pulsgenerator, der verwendet wurde, um den Durchgang eines ionisierenden Teilchens zu simulieren, seine Einkopplung auf die Backplane des Detektors und die Spannungsquelle zur Erzeugung der Bias-Spannung. Der HP pulse generator bekommt seinen Takt vom Signal cal out, das gleichzeitig mit dem Kalibrationspuls kommt. Auch wenn der Kalibrationsimpuls abgeschaltet ist, wird dieses Signal erzeugt. Der damit getriggerte Puls wird über einen einstellbaren Abschwächer (attenuator ) auf die Backplane des Detektors geschaltet. Dies passiert über einen Kondensator (AC-Kopplung) auf den BackplaneAnschluß für die Bias-Spannung. Die Höhe des erzeugten Impulses kann in einem weiten Bereich mittels des Abschwächers und des, in den Pulsgenerator eingebauten Verstärkers, geschehen. Der Digitalteil beinhaltet die Ausleseelektronik und die Programmierlogik für den Chip. Um den Chip zur Auslese der Detektorsignale verwenden zu 1 2 umbenannt auf CMS73-2 PSI, CH-Villigen, Schweiz, http://www.psi.ch/ 3.2. Messungen und Ergebnisse 16 Attenuator Keitheley 237 SMU Controller PSI 30 out in cal-pulse out (delayed) HP Pulse Generator trig ext. out Repeater-Board PSI 30 digital readout Detectormodule Abb. 3.1: Analogteil des Versuchsaubaus. An dem Repeaterboard ist das Detektormodul angeschlossen. An diesem hängt die Keithley Source Measure Unit, die die Bias-Spannung zur Verfügung stellt. Der Impulse auf die Backplane, der ein ionisierendes Teilchen simulieren soll, wird von einem HP Pulsgenerator erzeugt, der von dem Controllerboard angesteuert wird. können, ist es vorher nötig, eine Vielzahl von Parametern richtig zu setzen. Dies geschieht mittels eines LabWindows/CVI-Programms 3 . Auf die Größe der einzelnen Parameter jeweils für den Diamant- und den Siliziumdetektor wird in den entsprechenden Abschnitten im Kapitel 3 eingegangen. Ein Screenshot des Programmes ist in Abbildung 3.3 zu sehen. Der Digitalteil besteht größtenteils aus VME-Modulen, die sich in einem VME-Crate befinden. Abbildung 3.2 zeigt die Verschaltung der VME-Einschübe. Der VME-Bus ist über eine PCMCIA-Karte an einen PC angeschlossen, auf dem Windows NT 4.0 läuft. 3.2 Messungen und Ergebnisse Um die Anzahl der Elektronen zu ermitteln, die, durch das Einbringen eines Impulses auf die Backplane der Detektoren, einen Pixel zum ansprechen bringen, berechneten wir mit Formel 3.1 die ungefähre Kapazität eines Pixels. A C = 0 r (3.1) Nd Dabei wurden die Werte aus Tabelle 3.1 verwendet. Da diese Formel nur dann exakte Werte liefert, wenn die Dicke d im Vergleich zur Fläche A der parallelen Platten klein ist, ist es nicht ohne weiteres möglich, die Kapazität eines einzelnen Pixels zu ermitteln. Durch Berechnung der Gesamtkapazität aller Pixel über die gesamte Detektorfläche und anschließender 3 geschrieben von Helmut Steininger, Inst. für Hochenergiephysik, Wien 17 delayed 16ns 3.2. Messungen und Ergebnisse to HP pulse generator ext. trigger input Repeaterboard Repeaterboard control data 60pol analog data Repeaterboard digital data Abb. 3.2: Digitalteil des Versuchsaubaus 3.2. Messungen und Ergebnisse 18 Abb. 3.3: Screenshot des LabWindows/CVI-Programms, mit dem die abgebildeten Histogramme gemessen wurden (analoge Auslese: links oben, digitale Auslese: darunter). Mittels den Schiebereglern auf der rechten Seite können die Spannungen im Chip gesetzt werden. Weiters versteckt sich unter dem Punkt set pixel die Möglichkeit zum Einstellen jenes Pixel, ” ” in dem der Kalibrationspuls wirken soll. 3.2. Messungen und Ergebnisse 19 Division durch die Anzahl N der Pixel wird aber die Verwendung der Formel möglich. Trotzdem muß man bedenken, daß Streu- und Interpixelkapazitäten ebensowenig wie die Inhomogenität des elektrischen Feldes am Rand der Pixel berücksichtigt wurden. 0 = r = A= d= N= F 8, 8541878 · 10−12 m 11,7 (Silizium) 5.9 (Diamant) 10,3125 mm2 300 µm (Silizium) 600 µm (Diamant) 30 × 22 = 660 Tab. 3.1: Werte, die der Formel 3.1 zugrunde liegen. N ist die Anzahl der Pixel auf dem gesamten Detektor mit der Fläche A und der Dicke d. Das ergibt eine Kapazität eines einzelnen Pixels von 5.5 fF für den Siliziumund 1.3 fF für den Diamantsensor. Zusätzlich existiert noch eine Kapazität, über die der Kalibrationspuls aufgebracht wird. Diese Kapazität befindet sich im PSI30-Chip und hat eine Größe von 1.7 fF. Damit wurde mittels Formel 3.2 die Ladung in Elektronen berechnet, die durch den Spannungsimpuls auf die Backplane in den Detektor injiziert wurde. Q = CU (3.2) Damit können eingebrachte Spannung und Anzahl der Elektronen in Relation gebracht werden. Dies Ergebnisse dieser Rechnung sind in Tabelle 3.2 ersichtlich. Csilicon = Cdiamond = Ccalibration = 5.5 fF 1.3 fF 1.7 fF ≡ ≡ ≡ Q = 34000 eV − Q = 8000 eV − Q = 10600 eV − Tab. 3.2: Ergebnisse der Berechnungen In Abbildung 3.4 (und im Anhang in Abb. A.1) sieht man nun ein Signal, daß der Detektor über das Repeaterboard zurückliefert, wenn man einen Kalibrationsimpuls von 1,25 V an Spalte 2 (gerade) und Reihe 9 des Auslesechips anlegt. Dieser Spannung entspricht eine Ladung von 13300 Elektronen. Bei diesem Vorgang ist der Detektor selbst nicht beteiligt, es wird nur der Chip getestet. Man sieht in diesem Histogramm, daß immer eine ganze 3.2. Messungen und Ergebnisse 20 Doppelkolonne ausgelesen wird, wenn in ihr ein Pixel anspricht. Bevor die Auslese der Analogwerte der einzelnen Pixel der Doppelkolonne stattfindet, wird der digitale Header ausgegeben. In ihm ist unter anderem die Nummer der ausgelesenen Doppelkolonne codiert. Sprechen mehrere Pixel gleichzeitig an, die in unterschiedlichen Doppelkolonnen liegen, werden die betreffenden Kolonnen sequentiell ausgelesen, jeweils mit einem Header voran. singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 CAL-pulse 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 readout Abb. 3.4: Beispiel eines Signals vom Detektorchip. Eine Doppelkolonne wird ausgelesen, da in ihr der Kalibrationspuls ein Pixel zum feuern bringt. Man sieht zu Beginn die digitale Headerinformation, danach folgten die analogen Signale der einzelnen Pixel dieser Kolonne. Im weiteren soll auf die Besonderheiten und Unterschiede der einzelnen Detektormaterialien genauer eingegangen werden. 3.2.1 Siliziumdetektor An den Siliziumdetektor legten wir eine Bias-Spannung von 60 V in Sperrichtung, um die Ausbildung der Verarmungszone über die ganze Dicke des Detektors zu gewährleisten. Die Spannungen, die mittels des CVI-Programmes auf dem Auslesechip gesetzt werden konnten, wurden der Tabelle 3.3 entnommen. Durch Konfiguration der Parameter in dem Programm ist es möglich zu bestimmen, welche Pixel durch den Kalibrationsimpuls angesprochen werden. Dabei kann man auch mehrere Pixel gleichzeitig einschalten, sogar die Auslese einer gesamten Doppelkolonne der geraden oder ungeraden Pixel mit dem Cal-Impuls ist möglich. Dies wurde gemacht (Abbildungen A.2 und A.3), um näheres über die geographische Position der geraden und ungeraden Pixel herauszufinden. (Alle in diesem Kapitel erwähnten Diagramme befinden sich im Anhang.) 3.2. Messungen und Ergebnisse RGPR Amplifier RGSM Shaper VBRO HLD DEL VT RIM = = = = = VCAL = VGDAC = VC = -2,72 -3,92 -3,46 -4,80 -1,64 V V V V V -1,25 V -4,02 V -2,89 V 21 manchmal auf -1,14V verstellt, aber keinen Einfluß auf die Ergebnisse festgestellt Höhe des Kalibrationspulses Komparatorspannung des DAC’s Subtraktion von 2,5 V von diesem Wert ergibt die Ausleseschwelle des Chips. 1 V entspricht bei Silizium 34000 Elektronen. Tab. 3.3: Werte, der Spannungen, mit denen der PSI30-Chip betrieben wurde. Nach dem Abschalten des Kalibrationsimpulses beinhaltet das Signal einer Auslese nur einige Bits des digitales Headers, was Abbildung A.4 zeigt. Beim Anlegen eines Backplane-Pulses von 160 mV mittels eines Pulsgenerators auf die Backplane des Detektors wird ein Teilchendurchgang simuliert, der ca. 5500 Elektronen entspricht. Dieser Wert führt zu einem triggern des Auslesechips, da das Signal über der Ausleseschwelle von ca. 4140 Elektronen liegt. Durch das relativ geringe Signal kann der eine Pixel, der den Auslesevorgang der Doppelkolonne getriggert hat, nicht identifiziert werden (siehe Abbildung A.5). Diese Pixelzelle stellt somit die empfindlichste des ganzen Detekorarrays dar. Bei Erhöhung des Backplane-Impulses auf 280 mV, dem 9610 Elektronen entsprechen, spricht in jeder der 11 Doppelkolonnen mindestens ein Pixel an. Dadurch werden alle diese Doppelspalten ausgelesen (vgl. Abbildung A.6). Bei weiterer Erhöhung des Signals sprechen immer mehr Pixel in den Kolonnen an und zeigen einen Ausschlag, was in den Bilder A.7 und A.9 zu sehen ist. Bei 560 mV (19200 Elektronen) beginnt der Chip in den beiden ersten Kolonnen, 1 und 2 genannt, zu schwingen. Diese Schwingungen (nahezu perfekte Sinusfunktionen) sind ebenfalls in den letzten beiden Abbildungen zu sehen. 3.2.2 Diamantdetektor Der Auslesechip des Diamantdetektors wurde mit den selben Parametern wie der Siliziumsensor betrieben. Diese Werte konnte man schon in Tabelle 3.3 des letzten Abschnitts finden. Obwohl es beim Diamant keine Sperrschicht 3.2. Messungen und Ergebnisse 22 gibt, die es mit einer Potentialdifferenz zu verarmen gibt, ist es notwendig, ein elektrisches Feld zu erzeugen, damit die Ladungsträger abgesaugt werden können. Dies wurde mit einer Bias-Spannung von 200 V realisiert. Ein Spannungsimpuls von 890 mV entspricht hier nun einer Ladung von 7100 Elektronen. Bei dieser Ladung wird eine Doppelkolonne ausgelesen, in der zwei Pixel klar identifizierbar sind (siehe Abbildung A.10). Bei einer Erhöhung des Backplaneimpulses auf 1,8 V (14400 e − , Abbildung A.11) kann eindeutig das Wachsen eines dritten Pixels proportional zur Ladung erkannt werden. Dieses Wachsen kann auch in den Histogrammen von Abbildung 3.5 verfolgt werden. Jene zwei Pixel, die von Anfang an ausgelesen wurden, zeigten keine Abhängigkeit von der eingebrachten Ladung. Dadurch nehmen wir an, daß diese nicht funktionieren. CMS diamant pixel chip readout 300 singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout singal [arbitrary units] singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 300 300 250 250 250 200 200 200 150 150 150 100 100 100 50 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 bin number 0 0 50 20 40 60 80 100 120 140 bin number 0 0 20 40 60 80 100 120 Abb. 3.5: Hier sieht man den Puls bei wachsendem Signal auf die Backplane von links nach rechts immer größer werden. Bei weiterer Spannungserhöhung spricht ein Pixel in einer anderen Doppelkolonne an. Hier sieht man wieder, daß zwei Pixel, unabhängig von der Ladung, konstant hohen Analogwert liefern und damit als kaputt eingestuft werden müssen. Der funktionierende Pixel ist im mittleren Histogramm von Abbildung 3.6 mit einem Pfeil gekennzeichnet. Bei noch höherer Ladung kann man sogar einen vierten Pixel in dieser Kolonne identifizieren (rechtes Histogramm). Doch brauchen die in der zweiten Kolonne ansprechenden Pixel eine so hohe Ladung, daß man nicht mehr davon ausgehen kann, daß sie ordnungsgemäß funktionieren. Bei noch größerem Spannungsimpuls auf die Backplane des Detektors werden zwar noch mehr Doppelspalten ausgelesen, aber es können keine zusätzlichen Pixel eindeutig identifiziert werden, was in den Abbildungen A.14 und A.15 ersichtlich ist. Die Spalten mit den funktionierenden Pixel sind mit den Ziffern 1 und 2 beschriftet. Wir interpretieren diese Auslese der zusätzlichen Kanäle als Crosstalk zwischen den einzelnen Pixel. 140 bin number 3.3. Erkenntnisse 23 CMS diamant pixel chip readout CMS diamant pixel chip readout singal [arbitrary units] singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 400 350 singal [arbitrary units] 400 350 300 300 250 250 200 200 400 350 300 250 200 150 150 150 100 100 100 50 50 0 0 50 100 150 200 250 bin number 0 0 50 50 100 150 200 250 bin number 0 0 50 100 150 200 Abb. 3.6: Bei Erhöhung des Backplane-Impulses wird eine zweite Doppelkolonne mit zwei defekten Pixel ausgelesen (links). Die rechte Doppelkolonne in diesem Bild ist die von Bild 3.5. Bei weiterer Spannungserhöhung sieht man einen funktionieren Pixel, hier mit einem Pfeil gekennzeichnet (Mitte). Bei noch höherer Spannung auf die Backplane wächst noch ein zweiter Pixel (rechts, Pfeil). 3.3 Erkenntnisse Um die Ansprechempfindlichkeit zu ermitteln, ermittelten wir jeweils die Impulshöhe, bei der eine stabile Auslese einer Doppelkolonne möglich war. Dies wurde für unterschiedliche Schwellwerte gemacht. Der Schwellwert, ab dem der Auslesechip anspricht, läßt sich berechnen, indem man 2,5 von dem Parameter VC aus Tabelle 3.3 abzieht und über den Proportionalitätsfaktor in Tabelle 3.2 in die Anzahl der Elektronen umrechnet. Die Ergebnisse dazu finden sich in den beiden Tabellen in Abb. 3.7. Abb. 3.7: Ermittelte Empfindlichkeiten für die Detektoren, bei denen eine Doppelkolonne gerade noch stabil ausgelesen wurde, gemessen bei verschiedenen Schwellenspannungen. Wir ermittelten als minimalen Schwellenwert für den Chip eine Ladung von 2865 Elektronen für den Siliziumdetektor und eine Ladung von 2440 Elektronen für den Diamantdetektor. Das erste Ansprechen eines Pixels, das stabil ausgelesen werden konnte, war beim Siliziumdetektor bei 3427 Elektronen und beim Diamantdetektor erst bei 4022 Elektronen zu sehen. Dieser Wert ist für einen Siliziumdetektor in Ordnung. Für einen Diamantdetektor, bei dem das Signal durch den hohen Bandabstand viel geringer als bei Silizium ist, ist dieser Wert eindeutig zu hoch. Dies ist einerseits durch die niedrige Bump-Bonding-Effizienz bedingt, da nur ein (bzw. drei) Pixel von 660 250 readout 3.3. Erkenntnisse 24 funktioniert haben und es unwahrscheinlich ist, daß diese Pixel die empfindlichsten des gesamten Detektors sind. In Zukunft wird, neben der Verbesserung des bump-bond-Prozesses, vermehrt versucht, durch einen zusätzlichen Kondensator auf dem RepeaterBoard eine Steigerung der Emfindlichkeit auf 1000 bis 1500 Elektronen zu erzielen. 25 Anhang A Diagramme A.1 Silizium-Detektor singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 CAL-pulse 100 50 0 0 20 40 Abb. A.1: Kalibrationspuls 60 80 100 120 140 readout A.1. Silizium-Detektor 26 singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 readout 120 140 readout Abb. A.2: Kalibrationspuls an ganzer gerader“ Reihe ” singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 Abb. A.3: Kalibrationspuls an ganzer ungerader“ Reihe ” A.1. Silizium-Detektor 27 singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 readout Abb. A.4: digitaler Header singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 Abb. A.5: Impuls von 160mV an der Backplane 100 120 140 readout A.1. Silizium-Detektor 28 singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 100 50 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 readout Abb. A.6: Impuls von 280mV an der Backplane, bei dem alle Doppelspalten ansprechen singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 100 50 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 readout Abb. A.7: Impuls von 560mV an der Backplane, bei dem alle Doppelspalten ansprechen A.1. Silizium-Detektor 29 singal [arbitrary units] CMS silicon pixel chip readout 350 300 250 200 150 100 50 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 readout Abb. A.8: Impuls von 2,3V an der Backplane, bei dem alle Doppelspalten ansprechen A.2. Diamant-Detektor A.2 30 Diamant-Detektor singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 350 300 250 200 CAL-pulse 150 100 50 0 0 20 40 60 80 Abb. A.9: Kalibrationspuls und Schwingungen 100 120 140 readout A.2. Diamant-Detektor 31 singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 300 250 200 noisy pixel 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 readout Abb. A.10: Zwei Pixel bei einem Impuls von 890mV auf die Backplane singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 300 250 200 real pulse from detector 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 readout Abb. A.11: Ein Pixel durch einen Impuls von 1.8V auf die Backplane A.2. Diamant-Detektor 32 singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 400 350 300 250 200 column from previous pic 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 readout Abb. A.12: Durch einen Impuls von 2,55V auf die Backplane werden zwei Doppelkolonnen ausgelesen singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 readout Abb. A.13: Bei 3,7V auf der Backplane sieht man einen neuen Pixel (Pfeil) A.2. Diamant-Detektor 33 singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 400 350 300 250 200 2 1 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 readout Abb. A.14: 4,6V auf der Backplane. Es werden mehr Kolonnen ausgelesen, es sind aber keine weiteren Pixel erkennbar. Die Kolonnen aus Abbildung A.13 werden sind mit 1“ und 2“ beschriftet ” ” singal [arbitrary units] CMS diamant pixel chip readout 400 350 300 250 200 150 2 1 100 50 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Abb. A.15: Bei 6V auf der Backplane sieht man nur mehr Noise 1400 readout 34 Literaturverzeichnis [1] CMS Collaboration: CMS, The Tracker Project, Technical Design Report, CERN/LHCC 98-6 (1998) [2] CMS Outreach Posters, http://cmsdoc.cern.ch/cms/TRIDAS/html/Posters.html [3] Manfred Krammer: Detektoren in der Hochenergiephysik, Vorlesungsskriptum, Innsbruck (1993) [4] Rudolf Wedenig: Development of superconducting NIn Microstrip Detectors and CVD Diamond Detectors, Dissertation, Wien (1999) [5] Doris Rakoczy Charakterisierung von Siliziumstreifendetektoren für den DELPHY Very Forward Tracker, Diplomarbeit, Wien (1997)
