Elettronica tracciatore CMS: DSM 0.25 m m
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GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20021
Elettronica tracciatore CMS: DSM 0.25m
• La scelta della tecnologia rad-hard
• Il contratto quadro CERN-IBM per DSMT 0.25m
• La qualifica dei chip DSMT 0.25m per il tracciatore
• Conclusione
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20022
Tutti i componenti sul rivelatore devono essere rad-hard (10Mrad)
Elettronica di read-out del tracciatore
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20023
• Tutti i tentativi di utilizzo di tecnologie commerciali (HARRIS, HONEYWELL ecc.) si sono rivelati estremamente costosi e tecnicamente problematici.
• I tentativi di sviluppare/qualificare una tecnologia “europea” (DMILL) non hanno avuto successo per difficolta’ tecniche.
• Dopo alcuni risultati preliminari estremamente promettenti, il CERN firma un contratto-quadro con IBM Italia per definire le condizioni commerciali e tecniche di accesso alla tecnologia 0.25m di IBM.
• Ponendosi come interlocutore unico per tutti gli esperimenti di LHC (Atlas,Cms, Alice, Lhcb) le condizioni commerciali sono particolarmente vantaggiose.
• IBM garantisce la stabilita’ della tecnologia; il CERN si prende la responsabilita’ del disegno ‘custom’ delle celle aanalogiche e della qualifica post-irraggiamento.
Contratto quadro CERN-IBM
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20024
APV25: il chip di front -end
APV25-S1 (Agosto 2000)
Dim. del chip 7.1 x 8.1 mm
Finale
APV25-S1 (Agosto 2000)
Dim. del chip 7.1 x 8.1 mm
Finale
programmable gain
Low noisecharge
preamplifier
50 ns CR-RC
shaper
192-cell
analogue
pipeline
1 dei 128 canali
SF
SF
Analogue unity
gain inverter
S/H
APSP
128:1 MUX
Differential current
O/P
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20025
Stato g
Layout del reticolo e del wafer Diametro wafer 200mm #APV25 ≈ 450#APVMUX+PLL ≈ 110Dim. reticolo 18,4 x 14,4mm
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20026
DCU
Consente il monitoraggio di correnti, temperature e tensioni di lavoro.
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20027
Sono componenti indispensabili per partire con la produzione perche’ finiscono sull’ibrido di read-out e sull’ibrido ottico
APV, MUX, PLL, DCU e Laser driver
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20028
Tutti i test effettuati su chip prodotti in tecnologia IBM .25m hannodato ottimi risultati per valori di irraggiamento ben superiori a quelli previsti in LHC. CMOS intrinsecamente robusto per il danno di bulk. Chip testati in maniera intensiva per effetti di superficie.(50kV X-ray source dose rate ~ 0.5Mrad/Hour fino a 10, 20, 30 & 50Mrad; dosimetri al Si
~10% precisione; anneal: 1 settimana a 100oC).
.
Test di irraggiamento su chip in .25m (IC e Padova)
0.001
2
3
4
5
6789
0.01
Nois
e [
V/H
z1/2]
104
2 4 6
105
2 4 6
106
2 4 6
107
Frequency [Hz]
pre-rad 10 Mrad 20 Mrad 30 Mrad 50 Mrad anneal
0.001
2
3
4
5
6789
0.01
Nois
e [
V/H
z1/2]
104
2 4 6
105
2 4 6
106
2 4 6
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Frequency [Hz]
pre-rad 10 Mrad 20 Mrad 30 Mrad 50 Mrad anneal
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
Id [
A]
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2Vg [V]
Pre-rad 50 Mrad Anneal
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
Id [
A]
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2Vg [V]
Pre-rad 50 Mrad Anneal
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-20029
Sorgente di raggi X; irraggiamento con i chip sotto bias ed in condizioni normali di lettura.
Test di irraggiamento APV25 (IC e Padova)
Nessun cambiamento del rumore dopo l’irraggiamentoNessun cambiamento del rumore dopo l’irraggiamento
5004003002001000
250200150100500
10 Mrad5004003002001000
250200150100500
Pre-rad APV25-S1APV25-S1
Test ripetuti con elettroni da Linac da 10 MeV (80Mrad) e
neutroni da reattore (2.1x1014cm-2)
GuidoTonelli/Università di Pisa ed INFN/Gruppo1/Roma 14-05-200210
Test di SEU (Single Event Upset) con ioni pesanti (Legnaro) e con pioni (PSI)
Estrapolazione per l’intero sistema:~120 SEU per ora = 0.15%
APV25sConclusioni: la tecnologia appare estremamente robusta.
I on Si Cl Ti Ni Br I
LET(MeV.cm2
.mg-1)
9-10
13-16
20-23
28-32
3962
I on Si Cl Ti Ni Br I
LET(MeV.cm2
.mg-1)
9-10
13-16
20-23
28-32
3962
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• Richiesta di partecipazione alle spese per il procurementattraverso il meccanismo del ‘frame contract’ CERN-IBM per l’utilizzo della tecnologia DSM (.25m).
• Fondi (200KEuro CORE) assegnati a Padova.
• Primo contratto per un engineering run dei chip di controllo:quota totale 203.800CHF; partecipazione INFN 56.800CHF (cassa
2002)
Conclusioni