Danni da radiazione su prototipi al silicio di tipo innovativo Tesi di dottorato in Fisica...

Danni da radiazione su prototipi al silicio di tipo innovativo

Tesi di dottorato in Fisica

Universitagrave degli studi di BariFacoltagrave di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali

Dipartimento di Fisica

Dottorando

Norman Manna

Relatori

Prof Mauro DePalma

Prof Donato Creanza

Aumento della luminositagrave di LHC (1034 1035)cm-2s-1 (se ne discute dal 2002)

Data di partenza ~ 2015 Per aumentare il numero degli

eventi ed avere una statistica migliore

MOTIVAZIONI

[1] Atlas Radiation Background Task Force ATL-GEN-2005-001 Jan 2005[2] F Giannotti et al hep-ph0204087 April 2002[3] R Horisberger CMS Workshop on SLHC CERN Feb 2004

0 20 40 60 80 100 120

1014

1015

1016

pixels long stripsshort strips

fast

ha

dro

n f

lue

nce

2

50

0fb

-1[c

m-2]

R [cm]

ATLAS RTF [1] Giannotti et al [2] Best Fit of RTF Data

f = 1014 x 1150 R-16 [3]

Il limite maggiore egrave rappresentato dalla non resistenza a questi flussi dei silici che costituiscono i tracciatori dei diversi esperimenti

~5 anni

aumento corrente di superficie Vbreak a tensioni piugrave basse

+++++ +++++ ++++++++++- - - - -- - - - - - - - - - - - - - -

Irraggiamento 1-a aumento della carica positiva 1-b rottura dei legami reticolari allrsquointerfaccia

1-a

aumento Cii

aumento della tensione operativaRiduzione dellrsquoisolamento

fra le strisce

1-b Incremento delle trappole presenti

allrsquointerfaccia Si-SiO2

(1) Danno di superficie

PARTICELLA

SI V+I V

I

Ec

Ef

Ev

V

VO neutronon dannoso

V20 contribuisce al segno di Neff

VO V20

cluster

(2) Danno del substrato

VΦTtα=ΔI a aYCaAaEFFDEP TtNNTtNTtNV

Oxygen concentration in Oxygen concentration in FZFZ CZCZ and and EPIEPI

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[1c

m3 ]

SIMS 25 m SIMS 25 m

25 m

u25

mu

SIMS 50 mSIMS 50 m

50 m

u50

mu

SIMS 75 mSIMS 75 m

75 m

u75

mu

simulation 25 msimulation 25 msimulation 50 msimulation 50 msimulation 75msimulation 75m

Cz and DOFZ siliconEpitaxial silicon

bull EPI Ossigeno diffonde dal substrato Cz

bull EPI La concentrazione dellrsquoossigeno e la sua uniformitagrave diminuiscono con lo spessore

bull CZ alta e omogenea concentrzione di ossigeno

0 50 100 150 200 250depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[cm

-3]

51016

51017

51018

5

Cz as grown

DOFZ 72h1150oCDOFZ 48h1150oCDOFZ 24h1150oC [GLindstroem et al]

[GLindstroumlm et al10th European Symposium on Semiconductor Detectors 12-16 June 2005]

bull DOFZ concentrazione di ossigeno aumenta col tempo di ossigenazione

bull DOFZ distribuzione non omogenea dellrsquoossigeno

EPIlayer CZ substrate

Microstrip detectors

Inter strip Capacitance test

Test2

Test1

Pad detector

Edge structures

Square MG-diodes

Round MG-diodes

50 um pitch

100 um pitch

RUN I p-on-n

22 wafers

Fz MCz Epi

RUN II n-on-p

24 wafers Fz

MCz two p-spray

doses 3E12 amp

5E12 cm-2

substrati studiati in RD50Wafer Layout disegnato dalla collaborazione SMART Maschere processate dallrsquoITC-IRST (Trento)

SMARTSMART Wafer layout 4rdquoWafer layout 4rdquo1st p-type MCz microstrip detectors

Neutroni da reattore a Ljubljana

12 fluenze 50x1013 85x1015 1-MeV ncm2

27 mini-sensori 11 strutturedi test (capts)100 diodi

Protoni da 26 MeV Ciclotrone di Karlsruhe

10 fluenze 12x1014 - 6x1015 1-MeV ncm2

20 mini-sensori 8 strutture di test(capts) 100 diodi

April 2005

June 2005

Set up CERN

Set up JSI(Ljubljana)

IrraggiamentiIrraggiamenti

Set up FZK

Protoni da 24 GeV al CERN

3 fluenze 06x101427x1014 34x1015)1-MeV ncm2

9 diodi

April 2006

Caratterizzazione pre-irraggiamento Caratterizzazione pre-irraggiamento DiodiDiodi

Mappa di VFD dei diodi in un wafer p-type MCz

I-V diodi alte Vbd e buonvalore di densitagrave di corrente

Disuniformitagrave probabilmente legata alla variazione della concentrazione di ossigeno nei substrati MCzC Piemonte 5th RD50 workshop Oct 2004

SMART2 - n+p - MCz 300m Inversione

SMART1 - p+n - MCz 300m

C-V diodi Uniformitagrave di lungo il wafer

C-V processo uniforme del wafer

Tensione di svuotamento dopo irrTensione di svuotamento dopo irr(Fz n inversione di tipo)(Fz n inversione di tipo)

T=200C

Irraggiamento con protoni da 26MeV

Tipico andamento del substrato standard

FZ_n

MCz irraggiamento con protoni da 24 GeVc MCz irraggiamento con protoni da 24 GeVc

1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

200

250

300

Vfd

[V

]

1

2

3

4

| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]

MCZ (n320) - Vfd from IVMCZ (n320) - Vfd from CV

[MMoll AGBates to be published in NIMA]

M Moll A Bates NIM A

CAMPIONI SMART Doppia giunzione a partire da F=27times1014 ncm2

Alla fluenza F=13times1015 ncm2 la giunzione dominante egrave ancora sul front (lato p+)

F=06times1014 ncm2

F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE

Tensione di svuotamento dopo irrTensione di svuotamento dopo irr(MCz n irraggiamento protoni 26 MeV)(MCz n irraggiamento protoni 26 MeV)

T=200C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time ns

Curre

nt m

kA

0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

0 0005 001 0015 002 0025 003 0035

xcm

EV

cm

Φ (1014ncm-2)

0

10

20

30

40

50

60

-5 0 5 10 15 20 25 30 35

Time ns

Cu

rren

t m

kA

experiment

fit

00E+0050E+0310E+0415E+0420E+04

25E+0430E+0435E+0440E+04

0 001 002 003x (cm)

E (

Vc

m)

V = 203 V

version 2n = 51014 cm-2

Irraggiamento con neutroni CV and TCT Irraggiamento con neutroni CV and TCT

Vdep vs Fluence Annealing study

INVERSIONE

1min800C1giorno200C

Annealing inversoAnnealing inverso

Miglior comportamento degli MCz

NEUTRON IRRADIATIONPROTON IRRADIATION

Limite strumentale

26 MeV protons

Campioni esaminati con TCT allo Ioffe-St Petersburg le misure confermano lrsquoinversione

Le misuire di annealing suggeriscono lrsquoinversione dopo 50 minuti a 80oC tranne la fluenza piugrave bassa

138x1014 n cm-2 409x1014 n cm-2 713x1014 n cm-2 I sample 713x1014 n cm-2 II sample

DIODI EPITASSIALIDIODI EPITASSIALI

0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

3E+4

4E+4

4E+4

5E+4

5E+4

0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016

xcm

EV

cm

wafer Sub Drog Irrag α(10-17Acm-1)

1253 FZ n P-26Mev 42plusmn02

553 FZ n Neutroni 44plusmn03

64 FZ p P-26Mev 4plusmn03

127 MCz n P-26Mev 44plusmn03

179 MCz n Neutroni 41plusmn02


130 MCz p Neutroni 39plusmn03

12 Epi n P-26Mev 35plusmn02

TANNEALING=8 min 800C

VΦ

ΔITtα a

wafer Sub Drog Irrag β(10-2cm-1)






12 Epi n neutroni 041plusmn05


1410

EFFN

α indipendente dal substrato

tranne lrsquoepitassiale

β(CMS)=149

Caratterizzazione pre-irraggiamento Caratterizzazione pre-irraggiamento minisensoriminisensori

Buone performance dei minisensori n-type in Termini di tensione di breakdown

Resistivitagrave non uniforme come per i diodi

Basse tensioni di breakdown

Per i sensori di passo 100 m Specialmente per lrsquoalta dose di p-spray

MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)

MCz p-type Low p-Spray

I leakV

(n

Ac

m-2)

250

MCz p-type High p-Spray

-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

m-2)

70

Resistivitagrave uniforme lungo il wafer


SMART2 - n+p - MCz 300m

Corrente inversa totale dei minisensori Corrente inversa totale dei minisensori dopo irraggiamento con protoni da 26 dopo irraggiamento con protoni da 26

MeVMeV andamenti IV dei minisensori n-type per tutte le fluenze prima dellrsquoannealing (misure a 0oC)

(1) Il livello di corrente fra MCz e Fz egrave lo stesso ad una data fluenza

bull Alte tensioni di breakdown

bull La corrente inversa egrave proporzionale alla fluenza

MCz High p sprayMCz Low p spray

n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

0 200 400 600 800 1000 1200

Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors

andamenti IV dei minisensori p-type per tutte le fluenze prima dellrsquoannealing (misure a 0oC)

(1) I sensori con basso p-spray hanno tensioni di breakdown confrontabili con gli n-type

bull I sensori con alto p-spray migliorano solo ad alte fluenze gt 40 1014 neqcm2

p-typen-type

MCz High p spray

Le prestazioni dei minisensori tipo p migliorano poco dopo lrsquoirraggiamento con neutroni poco danno di superfice (contaminazione )

Corrente inversa totale dei minisensori Corrente inversa totale dei minisensori dopo irraggiamento con neutronidopo irraggiamento con neutroni

Buon andamento dei minisensori n-type (la capacitancagrave interstrip dipende come atteso dalla geometria dei sensori larghezza della striscia passo metal overhanghellip)

MCz p-type Low p Spray

-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)

MCz p-type High p Spray

Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

FZ p-type High p Spray

Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm

Caratterizzazione pre-irraggiamento Caratterizzazione pre-irraggiamento (Capacitagrave Interstrip) (Capacitagrave Interstrip)

Andamento diverso per i sensori p-type

la capacitancagrave interstrip diminuisce con Vbias raggiungendo la saturazione ad una tensione maggiore dello svuotamento (~100V) effetto legato al non svuotamento della carica mobile del p-spray La saturazione egrave piugrave veloce nellrsquoalto p-spray e nel passo largo Non crsquoegrave differenza fra Fz and MCz

MO

Capacitagrave interstrip proton Capacitagrave interstrip proton irrirr

MCz n lt100gt Fz n lt111gt

MCz p High p sprayMCz Low p spray

OK

Tipico del Si lt111gt

Stesso problema del non irraggiatoLa situazione migliora dopo lrsquoirraggiamento

Raggiunge il valore del non irraggiato

Cint

Cback

Ctot= Cback+ 2(Cint 1st + Cin 2nd +hellip) Capacitagrave totale Vista dal preamplificatore

Le simulazioni confermano gli andamenti per capire le differenze fra substrati e tecniche di isolamento bisogna svincolarsi dalla geometria

n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100

W182 S2 MCz p-type high p-spray


lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2

F3 CERN=36E15 n cm-2

C (pFcm)Il valore di Cint a =36E15 raggiunge il suo valore geometrico anche nel caso di sensori con alto p-spray

Le misure di resistenza interstriscia confermano che le strisce sono isolate

Vbias

ConclusioniConclusioni

La variazione di corrente inversa egrave indipendente dal tipo di substrato eccezion fatta per il substrato Epi ed egrave funzione solo della dose ricevuta

In termini di tensione di svuotamento a differenza dei dispositivi FZ-n che subiscono inversione di tipo indipendentemente dal tipo di irraggiamento i dispositivi MCz ed EPI mostrano una forte dipendenza dal tipo di particella e dalla sua energia

La maggiore resistenza alle radiazioni nei dispositivi di tipo MCz ed EPI la si osserva in termini di annealing inverso

Per i minisensori tipo MCz n non ci sono particolari problemi in termini di capacitagrave interstrip e tesioni di breakdown

Per i minisensori tipo MCz p i risultati sembrano indicare come migliore fra quelle esaminate la bassa dose di p-spray


Tutte le informazioni provenienti dallrsquointera comunitagrave RD50 sembrano indicare che i dispositivi MCz siano promettenti per le regioni a medio raggio in SLHC specialmente quelli di tipo p mentre nella zona piugrave vicina al punto di interazione probabilmente verranno utilizzati pixel di tipo EPI

La collaborazione SMART ha intenzione di inserire nella prossima produzione

1 materiali EPI spessi 100 microm

2 macro pixel lunghi 2 cm con passo 50 microm

3 pixel dello stesso disegno dellrsquoattuale produzione di sensori per gli esperimenti ATLAS e CMS

4 Minisensori con passo 80 microm e strip lunghe 3 cm

5 nei minisensori di tipo p una tecnica combinata p-spray p-stop per lrsquoisolamento fra le strisce

MOS structure VFB evolution with

- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

-140 -90 -40 10 60 110 160 210 260

W084 T1-11 PRE-IRRW084 T1-14 6E14W248 T1-12 6E14W248 T1-14 8E14W182 T1-8 06E14 CERNW182 T1-6 27E14 CERNW084 T1-8 10E14

Fz p-type with high p-spray f= 1K Hz

Slide 1

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Aumento della luminositagrave di LHC (1034 1035)cm-2s-1 (se ne discute dal 2002)

Data di partenza ~ 2015 Per aumentare il numero degli

eventi ed avere una statistica migliore

MOTIVAZIONI

[1] Atlas Radiation Background Task Force ATL-GEN-2005-001 Jan 2005[2] F Giannotti et al hep-ph0204087 April 2002[3] R Horisberger CMS Workshop on SLHC CERN Feb 2004

0 20 40 60 80 100 120

1014

1015

1016

pixels long stripsshort strips

fast

ha

dro

n f

lue

nce

2

50

0fb

-1[c

m-2]

R [cm]

ATLAS RTF [1] Giannotti et al [2] Best Fit of RTF Data

f = 1014 x 1150 R-16 [3]

Il limite maggiore egrave rappresentato dalla non resistenza a questi flussi dei silici che costituiscono i tracciatori dei diversi esperimenti

~5 anni


+++++ +++++ ++++++++++- - - - -- - - - - - - - - - - - - - -


1-a

aumento Cii


fra le strisce




PARTICELLA

SI V+I V

I

Ec

Ef

Ev

V



VO V20

cluster




0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[1c

m3 ]

SIMS 25 m SIMS 25 m

25 m

u25

mu

SIMS 50 mSIMS 50 m

50 m

u50

mu

SIMS 75 mSIMS 75 m

75 m

u75

mu






0 50 100 150 200 250depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[cm

-3]

51016

51017

51018

5

Cz as grown








Test2

Test1

Pad detector

Edge structures

Square MG-diodes

Round MG-diodes

50 um pitch

100 um pitch

RUN I p-on-n

22 wafers

Fz MCz Epi

RUN II n-on-p

24 wafers Fz

MCz two p-spray

doses 3E12 amp

5E12 cm-2









April 2005

June 2005

Set up CERN



Set up FZK



9 diodi

April 2006










T=200C



FZ_n


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

200

250

300

Vfd

[V

]

1

2

3

4

| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






F=06times1014 ncm2

F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE


T=200C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time ns

Curre

nt m

kA

0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

0 0005 001 0015 002 0025 003 0035

xcm

EV

cm

Φ (1014ncm-2)

0

10

20

30

40

50

60

-5 0 5 10 15 20 25 30 35

Time ns

Cu

rren

t m

kA

experiment

fit

00E+0050E+0310E+0415E+0420E+04

25E+0430E+0435E+0440E+04

0 001 002 003x (cm)

E (

Vc

m)

V = 203 V




INVERSIONE

1min800C1giorno200C




Limite strumentale

26 MeV protons





0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

3E+4

4E+4

4E+4

5E+4

5E+4

0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016

xcm

EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

m-2)

70










n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

0 200 400 600 800 1000 1200

Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

-140 -90 -40 10 60 110 160 210 260



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+++++ +++++ ++++++++++- - - - -- - - - - - - - - - - - - - -


1-a

aumento Cii


fra le strisce




PARTICELLA

SI V+I V

I

Ec

Ef

Ev

V



VO V20

cluster




0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[1c

m3 ]

SIMS 25 m SIMS 25 m

25 m

u25

mu

SIMS 50 mSIMS 50 m

50 m

u50

mu

SIMS 75 mSIMS 75 m

75 m

u75

mu






0 50 100 150 200 250depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[cm

-3]

51016

51017

51018

5

Cz as grown








Test2

Test1

Pad detector

Edge structures

Square MG-diodes

Round MG-diodes

50 um pitch

100 um pitch

RUN I p-on-n

22 wafers

Fz MCz Epi

RUN II n-on-p

24 wafers Fz

MCz two p-spray

doses 3E12 amp

5E12 cm-2









April 2005

June 2005

Set up CERN



Set up FZK



9 diodi

April 2006










T=200C



FZ_n


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

200

250

300

Vfd

[V

]

1

2

3

4

| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






F=06times1014 ncm2

F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE


T=200C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time ns

Curre

nt m

kA

0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

0 0005 001 0015 002 0025 003 0035

xcm

EV

cm

Φ (1014ncm-2)

0

10

20

30

40

50

60

-5 0 5 10 15 20 25 30 35

Time ns

Cu

rren

t m

kA

experiment

fit

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25E+0430E+0435E+0440E+04

0 001 002 003x (cm)

E (

Vc

m)

V = 203 V




INVERSIONE

1min800C1giorno200C




Limite strumentale

26 MeV protons





0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

3E+4

4E+4

4E+4

5E+4

5E+4

0 0002 0004 0006 0008 001 0012 0014 0016

xcm

EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

m-2)

70










n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

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Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

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Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24

PARTICELLA

SI V+I V

I

Ec

Ef

Ev

V



VO V20

cluster




0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[1c

m3 ]

SIMS 25 m SIMS 25 m

25 m

u25

mu

SIMS 50 mSIMS 50 m

50 m

u50

mu

SIMS 75 mSIMS 75 m

75 m

u75

mu






0 50 100 150 200 250depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[cm

-3]

51016

51017

51018

5

Cz as grown








Test2

Test1

Pad detector

Edge structures

Square MG-diodes

Round MG-diodes

50 um pitch

100 um pitch

RUN I p-on-n

22 wafers

Fz MCz Epi

RUN II n-on-p

24 wafers Fz

MCz two p-spray

doses 3E12 amp

5E12 cm-2









April 2005

June 2005

Set up CERN



Set up FZK



9 diodi

April 2006










T=200C



FZ_n


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

200

250

300

Vfd

[V

]

1

2

3

4

| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






F=06times1014 ncm2

F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE


T=200C

0

5

10

15

20

25

30

35

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45

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Time ns

Curre

nt m

kA

0E+0

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2E+4

3E+4

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xcm

EV

cm

Φ (1014ncm-2)

0

10

20

30

40

50

60

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Time ns

Cu

rren

t m

kA

experiment

fit

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0 001 002 003x (cm)

E (

Vc

m)

V = 203 V




INVERSIONE

1min800C1giorno200C




Limite strumentale

26 MeV protons





0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

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3E+4

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4E+4

5E+4

5E+4

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xcm

EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

m-2)

70










n-type

p-type

MCz High p spray

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Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

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6E-13

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12E-12

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lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

-140 -90 -40 10 60 110 160 210 260



Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Depth [m]

51016

51017

51018

5

O-c

once

ntra

tion

[1c

m3 ]

SIMS 25 m SIMS 25 m

25 m

u25

mu

SIMS 50 mSIMS 50 m

50 m

u50

mu

SIMS 75 mSIMS 75 m

75 m

u75

mu






0 50 100 150 200 250depth [m]

51016

51017

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5

O-c

once

ntra

tion

[cm

-3]

51016

51017

51018

5

Cz as grown








Test2

Test1

Pad detector

Edge structures

Square MG-diodes

Round MG-diodes

50 um pitch

100 um pitch

RUN I p-on-n

22 wafers

Fz MCz Epi

RUN II n-on-p

24 wafers Fz

MCz two p-spray

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5E12 cm-2









April 2005

June 2005

Set up CERN



Set up FZK



9 diodi

April 2006










T=200C



FZ_n


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

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250

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Vfd

[V

]

1

2

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4

| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






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F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE


T=200C

0

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Curre

nt m

kA

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EV

cm

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Cu

rren

t m

kA

experiment

fit

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EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



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I leakV

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Ac

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I leakV

(n

Ac

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eakV

(n

Ac

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p-type

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L

eakag

e C

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en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

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lt

F2=04E14 n cm-2

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Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

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126E-10

128E-10

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Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24



Test2

Test1

Pad detector

Edge structures

Square MG-diodes

Round MG-diodes

50 um pitch

100 um pitch

RUN I p-on-n

22 wafers

Fz MCz Epi

RUN II n-on-p

24 wafers Fz

MCz two p-spray

doses 3E12 amp

5E12 cm-2









April 2005

June 2005

Set up CERN



Set up FZK



9 diodi

April 2006










T=200C



FZ_n


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

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250

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Vfd

[V

]

1

2

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| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






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NO-INVERSIONE


T=200C

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5

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2E+4

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EV

cm

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rren

t m

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experiment

fit

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2E+4

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EV

cm











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Ac

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(n

Ac

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MCz High p spray

10E-06

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L

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MCz High p spray





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Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

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m)

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Cin

t l

(p

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m)

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100microm

Cin

t l

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MO




OK




Cint

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n-type

p-type

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F2=04E14 n cm-2

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Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

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Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24







April 2005

June 2005

Set up CERN



Set up FZK



9 diodi

April 2006










T=200C



FZ_n


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

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250

300

Vfd

[V

]

1

2

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| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






F=06times1014 ncm2

F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE


T=200C

0

5

10

15

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25

30

35

40

45

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Time ns

Curre

nt m

kA

0E+0

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2E+4

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Cu

rren

t m

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experiment

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Vc

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1min800C1giorno200C




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2E+4

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3E+4

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EV

cm











VΦ

ΔITtα a









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EFFN



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I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

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250


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eakV

(n

Ac

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L

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e C

urr

en

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A)

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MCz High p spray





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Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

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m)

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Cin

t l

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Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

-140 -90 -40 10 60 110 160 210 260



Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24










T=200C



FZ_n


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

200

250

300

Vfd

[V

]

1

2

3

4

| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






F=06times1014 ncm2

F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE


T=200C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time ns

Curre

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kA

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5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

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EV

cm

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0

10

20

30

40

50

60

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Time ns

Cu

rren

t m

kA

experiment

fit

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Vc

m)

V = 203 V




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1min800C1giorno200C




Limite strumentale

26 MeV protons





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5E+3

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2E+4

2E+4

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3E+4

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4E+4

5E+4

5E+4

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xcm

EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

m-2)

70










n-type

p-type

MCz High p spray

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L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

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lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

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124E-10

126E-10

128E-10

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Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Slide 16

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Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24


1013 5 1014 524 GeVc protons [ cm-2 ]

50

100

150

200

250

300

Vfd

[V

]

1

2

3

4

| Nef

f | [

1012

cm

-3 ]






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F=27times1014 ncm2

NO-INVERSIONE


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5

10

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25

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Time ns

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kA

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2E+4

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EV

cm

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10

20

30

40

50

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rren

t m

kA

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Vc

m)

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2E+4

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3E+4

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5E+4

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EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






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I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

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250


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eakV

(n

Ac

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n-type

p-type

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L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

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MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

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MCz n-type

50microm

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MO




OK




Cint

Cback



n-type

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lt

F2=04E14 n cm-2

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Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

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120E-10

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126E-10

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Slide 1

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Slide 10

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Slide 12

Slide 13

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Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

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Slide 23

Slide 24


T=200C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

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Time ns

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nt m

kA

0E+0

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2E+4

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cm

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30

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Cu

rren

t m

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Vc

m)

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1min800C1giorno200C




Limite strumentale

26 MeV protons





0E+0

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2E+4

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3E+4

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EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



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MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

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eakV

(n

Ac

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70










n-type

p-type

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L

eakag

e C

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en

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A)

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MCz High p spray





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Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

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m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

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m)

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50microm

100microm

Cin

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MO




OK




Cint

Cback



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114E-10

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Slide 1

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Slide 20

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Φ (1014ncm-2)

0

10

20

30

40

50

60

-5 0 5 10 15 20 25 30 35

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Cu

rren

t m

kA

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fit

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0 001 002 003x (cm)

E (

Vc

m)

V = 203 V




INVERSIONE

1min800C1giorno200C




Limite strumentale

26 MeV protons





0E+0

5E+3

1E+4

2E+4

2E+4

3E+4

3E+4

4E+4

4E+4

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5E+4

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EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






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I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

m-2)

70










n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

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Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

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4E-13

6E-13

8E-13

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12E-12

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lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

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122E-10

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126E-10

128E-10

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Slide 1

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Slide 3

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Slide 10

Slide 11

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Slide 13

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Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24




Limite strumentale

26 MeV protons





0E+0

5E+3

1E+4

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2E+4

3E+4

3E+4

4E+4

4E+4

5E+4

5E+4

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xcm

EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

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70










n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

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Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

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50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

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MCz n-type

50microm

100microm




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OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

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lt

F2=04E14 n cm-2

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Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

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Slide 1

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Slide 3

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26 MeV protons





0E+0

5E+3

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2E+4

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3E+4

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4E+4

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5E+4

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xcm

EV

cm











VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

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eakV

(n

Ac

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70










n-type

p-type

MCz High p spray

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10E-04

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Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




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MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

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4E-13

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8E-13

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lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

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Slide 1

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VΦ

ΔITtα a









1410

EFFN



β(CMS)=149






MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

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70










n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

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Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

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m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

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m)

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50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

-140 -90 -40 10 60 110 160 210 260



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MCz n-type

I leakV

(n

Ac

m-2)

-Vbias (Volt)


I leakV

(n

Ac

m-2)

250


-Vbias (Volt)I l

eakV

(n

Ac

m-2)

70










n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

0 200 400 600 800 1000 1200

Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

-140 -90 -40 10 60 110 160 210 260



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n-type

p-type

MCz High p spray

10E-06

10E-05

10E-04

10E-03

0 200 400 600 800 1000 1200

Bias Voltage (V)

L

eakag

e C

urr

en

t (

A)

FZ amp MCz sensors




p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

124E-10

126E-10

128E-10

130E-10

-140 -90 -40 10 60 110 160 210 260



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p-typen-type

MCz High p spray





-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

120E-10

122E-10

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-Vbias (Volt)

Cin

t l

(p

Fc

m)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)


Cin

t l

(p

Fc

m)

-Vbias (Volt)

50microm

100microm

Cin

t l

(p

Fc

m)

Vbias (Volt)

MCz n-type

50microm

100microm




MO




OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

116E-10

118E-10

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122E-10

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OK




Cint

Cback



n-type

p-type

0

2E-13

4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

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116E-10

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0

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4E-13

6E-13

8E-13

1E-12

12E-12

0 20 40 60 80 100



lt

F2=04E14 n cm-2

F7=40E14 n cm-2




Vbias
















- Vgate (V)

114E-10

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120E-10

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- Vgate (V)

114E-10

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Danni da radiazione su prototipi al silicio di tipo innovativo Tesi di dottorato in Fisica...

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