Freiburg 1998 – wissenschaftliches Programm

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T: Teilchenphysik

T 311: Vertexdetektoren I

T 311.1: Gruppenbericht

Dienstag, 24. März 1998, 16:20–16:45, HS K

Sensor Prototypen und Verbindungstechniken für den ATLAS Pixel Detektor — •R. Wunstorf¹, Ch. Becker¹, K.-H. Becks², P. Fischer³, P. Gerlach², C. Gößling¹, G. Lutz⁴, W. Neeser³, R.H. Richter⁴, T. Rohe⁴, F. Hügging¹, N. Wermes³ und J. Wüstenfeld¹ — ¹Universität Dortmund — ²Bergische Universität-Gesamthochschule Wuppertal — ³Universität Bonn — ⁴MPI-HLL, München

Die innersten drei Lagen des Tracking Systems bei ATLAS am LHC in Genf werden aus Pixeldetektoren mit einer Pixelgröße von 50 x 300 µ m bestehen, die insgesamt eine aktive Fläche von 2.3 m² haben werden. Hieraus ergeben sich sehr hohe Anforderungen an die Sensoren und die Verbindungstechniken vom Sensor zum Elektronik-Chip. In der innersten Lage auf dem Radius von 4.7 cm werden die Detektoren einer Strahlenbelastung von bis zu 10¹⁴ cm⁻² geladene Hadronen pro Jahr ausgesetzt sein. Die davon induzierten Änderungen der Sensoren müssen im Design neben anderen Anforderungen, wie Minimierung des Übersprechens und der Gesamtkapazität berücksichtigt werden. Hinzu kommt noch die Anforderung nach Fehlertoleranz und Testbarkeit vor dem Einbau, um die für die große Anzahl benötigte hohe Ausbeute zu erzielen. Die Kontaktierung der Sensoren zum Elektronik-Chip macht eine Bump-Bonding und Flip-Chip Technologie mit einem Pitch von 50 µ m, insgesamt 10⁸ Kontakten und einer Ausbeute von besser als 10⁻⁴ notwendig. Dies liegt jenseits der gegenwärtigen industriellen Standards und macht eine enge Zusammenarbeit mit der Industrie erforderlich.

Entsprechend dieser Anforderungen entworfene Sensorprototypen sind bei zwei Firmen in Auftrag gegeben worden und werden mit den an Testwafern ausgetesteten Verbindungstechniken kontaktiert. Um die notwendigen Busstrukturen gleich mit auf dem Sensorwafer unterbringen zu können, bietet sich die ’multi-chip-modul’-Technologie MCM-D an, die nach ersten erfolgreichen Technologie- und Strahlenbelastungstests auch auf einigen Prototypewafern angewandt wird. Die Designs auf den Sensor Prototypen und die Verbindungstechniken für den ATLAS Pixel Detektor, sowie die ersten Ergebnisse werden im Vortrag vorgestellt und diskutiert.