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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
The Simulator: Dessis, ISE-TCAD
strp 0 strp +100 strp +200 strp -100 strp -200
55 um
19 p+ strips with 27.5 um geometric pitch9 metallized strips5 read out stripsBackplane with n+ Boron implant
Thickness 300 um
Each strip is an ‘electrode’ with an initial voltageFor DC studies each strip is kept at V=0
14800 grid points
Bulk: Phosporus doping 2.2£1011 cm3
Depletion V18 V, Vbias=70 V
P+ strips: Boron doping 1.1£1020 cm3
P+ implants width 12 umGaussian Profile: Peak@ Depth=0 Junction Depth 0.9 um Lateral width 0.4 um
wdepth
LW
Metal Al 1 um + 3 um overhangSilicon Oxide 1 um
Oxide Charge3.5•1011 cm2
e- Surf acc. layerContact window 4 um
DC and AC Properties
1 10 100
C (
F)
Vbias (V)
10-13
10-12
10-11
0.1 1 10 100
Vbias (V)I (
A)
10-10
10-9
100 kHzCis
Cback
Strip Capacitances Strip Current
Vdep Vdep
RO fixed, x=25 umAll float, x=25 um
2e-7
0
4e-7
0
1e-15
2e-15
2e-15
3e-15
0
2e-7
4e-7
-2e-7
-4e-7
Cur
rent
(A
)
Cur
rent
(A
)
Charge (C
)
Charge (C
)
4e-15
3e-15
2e-15
1e-15
Time (sec)Time (sec)0 1e-8 2e-8 3e-8 3e-82e-81e-8
t=0 t=5 ns
t=12 nst=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
T=0 T=2 ns
T=6 ns T= 13 ns
Local electric field is changed by the spatial charge drifting in the silicon
volume
Locally, electric field can vary by large factors
Lines of constant electric field
T=6 ns
T=0
All Float,Cpt/Cis=0.2
Charge shared,Charge loss appears
RISULTATI SPERIMENTALI CON FASCIO DI IONI
Possibili cause:
— Effetti non lineari nel silicio (campo locale troppo elevato e quindi ricombinazione)— Risposta non lineare dell’elettronica al variare dell’ampiezza del segnale di corrente generato dal passaggio della particella— Risposta non lineare dell’elettronica al variare della forma d’onda del segnale di corrente
Andamento del segnale raccolto sui due lati del silicio in funzione della carica:
Lato p+-nLato n-n+
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 Z2 (Z da 1 a 10)
SIMULAZIONI CON PARTICELLA INCIDENTE
0 2E-7 4E-7 6E-7 TEMPO DI RACCOLTA (s)
CA
RIC
A R
AC
CO
LT
A (
C)
3E-14
2E-14
1E-14
0 2E-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)
Co
rre
nte
(A
)
Femlab • 1- 2- 3-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)
Femlab
Sigespes wafers (prototype ready mid-nov 08) modeled 1:1 scaleR=10 cmThickness 1 cmPad 1x1 cm2
Strips width: 50-300 um Strips Length 2 cm
Femlab
Detail of electric field