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Strahlenhärte ATLAS-Pixel OptolinkAxel Roggenbuck, Universität Siegen
DPG-Frühjahrstagung Berlin04.03.2005
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Strahlenhärte deroptischen Datenübertragungsstrecke
des ATLAS-Pixel-Detektors
P. Buchholz, M. Holder, A. Roggenbuck, P. Schade, M. ZiolkowskiUniversität Siegen
Axel RoggenbuckUniversität Siegen
4. März 2005
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Der ATLAS-Detektor
22 m
44 m
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Der Pixel-Detektor
140 cm3 Lagen
2 x 3 Scheiben
1744 Pixel-Module
288 Opto-Boards
40 cm
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Der optische Daten-Link
• Licht-Emitter:VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) mit VDC (VCSEL-Driver-Chip)
• Licht-Empfänger:PIN: PiN-Diode mitDORIC (Digital Opto-Receiver Integr. Circuit)
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Die Opto-Boards
VDCsVCSEL-Array
Housing
PIN-Dioden-ArrayDORICs 80 Pin-Stecker
BeO-Board
1,9 cm
6,3 cm
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• geschätzte Strahlendosis nach 10 Jahren:– Si (DORIC/VDC, PIN):
• 3,7·1014 1MeV neq/cm²
• Protonen: 6,3·1014 p/cm²
• 17 Mrad = 170 kGy
– GaAs (VCSEL):• 2·1015 1MeV neq/cm²
• Protonen: 3,8·1014 p/cm²
• 10 Mrad = 100 kGy
Strahlungsumgebung
p/cm² 103,75 Mrad 1 13
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Strahlungseffekte, Annealing
• Schäden– Versetzungsschädigung
Defekte in der Bandlücke des Halbleiter Strahlungsfreie Rekombination (VCSEL)
– Ionisation Oxidladungen (betrifft CMOS-Elektronik, d.h. VDC, DORIC)
• Andere Effekte– Single Event Upsets
• Annealing (= Ausheilen, urspr.: Ausglühen)– Rückbildung von Versetzungen und Störstellen durch
thermische Bewegung im Kristall– beschleunigt durch erhöhte Temperatur
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Bestrahlungsmessung – CERN 2004
• 24 GeV Protonen(CERN, PS-T7)
• Gesamtdosis ~ 30 Mrad (~ 20 Jahre LHC)
• ca. 1 Woche pro Board• abwechselnd
Bestrahlung (~ 5 · 6 Mrad)und Annealing
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Ergebnisse (vorläufig) (1)
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Ergebnisse (vorläufig) (2)
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Ergebnisse (vorläufig) (3)
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Ergebnisse (vorläufig) (4)
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Zusammenfassung
ASICs (VDC, DORIC) strahlenhartIn früheren Messungen bis 60 Mrad keine nennenswerte Degradation
PIN-Diode ausreichend strahlenhart VCSEL erfüllt bis 30 Mrad die geforderten Spezifikationen
aber Annealing erforderlich strahlenharte Fasern zeigen nur geringe Zunahme von
Absorption
Opto-Link erfüllt Erfordernisse für 10 Jahre LHC-Betrieb
