The Silicon Vertex Detector for b-tagging at Belle II
Verteidigung der Dissertation, 19.2.2014 M. Valentan
The SVD for b-tagging at Belle II
Inhalt
• Einleitung: Das Belle II-Experiment
• Doppelseitige Silizium-Streifensensoren
• Optimierung der Streifenisolierung
• Sensordesign
• Der fertige Sensor: Qualitätssicherung
• Zusammenfassung
2M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014
The SVD for b-tagging at Belle II
Das Belle II-Experiment (Tsukuba, Jp.)
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Myonenkammern
Kalorimeter
Teilchen-ID
Gas-Spurdetektor
Solenoid-Magnet 1.5 T
Silizium-Sensoren:Rekonstruktion vonZerfallspunkten
e+ (4 GeV)
e - (7 GeV)
Asymmetrische Strahlenergien!
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Y(4S)e+e- e+e-
Eine typische Kollision
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Y(4S)
B0
B0
B0
B0
O(150 µm)
σ(z) ≤ 20 µm!
typ. E ≈ O(500 MeV)
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Asymmetrischer Vertexdetektor
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4 Lagen SVD
2 Lagen PXD
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Inhalt
• Einleitung: Das Belle II-Experiment
• Doppelseitige Silizium-Streifensensoren
• Optimierung der Streifenisolierung
• Sensordesign
• Der fertige Sensor: Qualitätssicherung
• Zusammenfassung
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Sensorprinzip
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Prinzip doppelseitiger Sensoren
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Streifenisolierung
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The SVD for b-tagging at Belle II
Inhalt
• Einleitung: Das Belle II-Experiment
• Doppelseitige Silizium-Streifensensoren
• Optimierung der Streifenisolierung
• Sensordesign
• Der fertige Sensor: Qualitätssicherung
• Zusammenfassung
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The SVD for b-tagging at Belle II
Optimierung der Streifenisolierung
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CERN SPS: 120 GeV/c Hadronen, haupts. Pionen SCK-CEN Mol: 100 kGy γ
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Optimierung der Streifenisolierung
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[1] IEEE Transactions On Nuclear Science 45 (1998) 303-309 - Iwata et.al[2] IEEE Transactions On Nuclear Science 45 (1998) 401-405 - Unno et.al
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Testbeam und Bestrahlung
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common
Unsere Wahl:Atoll p-stop
Aus Literatur
combined atoll p-spray
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Inhalt
• Einleitung: Das Belle II-Experiment
• Doppelseitige Silizium-Streifensensoren
• Optimierung der Streifenisolierung
• Sensordesign
• Der fertige Sensor: Qualitätssicherung
• Zusammenfassung
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The SVD for b-tagging at Belle II
Software Framework
• CAD script, ~20000 Zeilen Programmcode– ~200 Parameter definieren einen Sensor– macht Änderungen einfach– Basisform: Polygon mit abgerundeten Ecken
• Design Rules vom Hersteller
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// General Sensor Parametersextern BiasConnectionType=1; extern SensorEdgeGuardSpacing=81.5;
// Frontplane Sensor Parametersextern SensorNReadoutStripFront=768; extern SensorReadoutPitchFrontTop=75; extern SensorReadoutPitchFrontBottom=50;extern SensorIntermediateStripFront=1; extern SensorFlipFrontPlane=0; extern SensorFlipFrontStrips=0; extern SensorNGuardRings=10;extern SensorBiasStripSpacingXFront=45;extern SensorBiasStripSpacingYFront=30;
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Eckdaten
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12.6 cm6.
1 cm
4.1
cm75 µ
m (
σ ≤
22
µm
)
50 µ
m (
σ ≤
15
µm
)
p-Seite: 768 Auslesestreifen (+ Zwischenstreifen)
n-Seite: 512 Auslesestreifen (+ Zwischenstreifen)
240 µm (σ ≤ 70 µm)
300 µm dick (0.32 %X0)
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Inhalt
• Einleitung: Das Belle II-Experiment
• Doppelseitige Silizium-Streifensensoren
• Optimierung der Streifenisolierung
• Sensordesign
• Der fertige Sensor: Qualitätssicherung
• Zusammenfassung
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Strom-Spannungs-Kennlinien
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Betriebsspannung min. Durchbruchspannung
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Streifenstrom n-Seite
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> 98% gute Streifen!
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Testbeam und Bestrahlung
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Inhalt
• Einleitung: Das Belle II-Experiment
• Doppelseitige Silizium-Streifensensoren
• Optimierung der Streifenisolierung
• Sensordesign
• Der fertige Sensor: Qualitätssicherung
• Zusammenfassung
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Zusammenfassung
• Positionsmessung energiearmer Teilchen– Anforderung: präzise, dünne Sensoren– > Prämiere: doppelseitiger Sensor, trapezoid
• Meine Aufgaben:– Design von Sensoren und Teststrukturen– Optimierung der Streifenisolierung– Technische Diskussion mit Hersteller,
Überwachung der Produktion– Elektrische Charakterisierung und Qualitätssicherung– Konstruktion und Bau von Sensormodulen– Sensortest im Teilchenstrahl, Bestrahlung– komplette Datenanalyse
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Ergebnisse
• Optimierung der Streifenisolierung:– Literatur widerlegt (für unseren Anwendungsfall)
• Qualitätssicherung des trapezoiden Sensors– elektrische Labormessungen, Langzeitstudien– Teilchenstrahl-Tests, Bestrahlung
• Erreichte Sensorleistung– p-Seite: σ ≈ 12 – 15 µm, Sig.-Rausch-Verh. ≈ 13– n-Seite: σ ≈ 60 µm, Sig.-Rausch-Verh. ≈ 9
• Geplanter Start von Belle II: Sommer 2016
23M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
24M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014