Freiburg 1998 – scientific programme

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T: Teilchenphysik

T 511: Halbleiterdetektoren IV

T 511.1: Group Report

Wednesday, March 25, 1998, 16:20–16:45, HS K

P⁺N - Silizium-Streifenzähler für ATLAS — •R. H. Richter¹, L. Andricek¹, T. Gebhart¹, D. Hauff¹, E. Koffeman¹, G. Lutz¹, H.-G. Moser¹, T. Rohe¹, J. Kemmer², C. Becker³, R. Thüne³, R. Wunstorf³, J. Wüstenfeld³, M. Hornung⁴, J. Ludwig⁴, G. Rieth⁴ und K. Runge⁴ — ¹MPI–Halbleiterlabor, München — ²KETEK GmbH, Oberschleißheim — ³Universität Dortmund, Physik E IV — ⁴Universität Freiburg, FB Physik

Für den ATLAS SCT (SemiConductor Tracker) werden etwa 20000 kapazitiv gekoppelte Silizium-Streifenzähler benötigt. Während des 10-jährigen Betriebs wird eine 2x10¹⁴ Neutronen/cm² äquivalente Strahlenbelastung erwartet. Die dadurch verursachten Kristallschäden führen zu wesentlichen Änderungen der Detektoreigenschaften. Die Leckströme erhöhen sich um mehrere Größenordnungen, so daßdie Zähler bei ca. -5 Grad (Celsius) betrieben werden müssen. Die Ladungsverluste durch Trapping an Kristalldefekten liegen im Bereich von 20%. Als besonders kritisch wird die Erhöhung der Verarmungsspannung auf Werte von bis zu 400V angesehen. Da die Detektoren erst bei vollständiger Verarmung ihr maximales Signal-Rausch-Verhältnis erreichen, müssen sie entsprechend spannungsfest gebaut werden. Bedingt durch die große Zahl der Detektoren werden die Kosten des SCT im hohen Maße durch die Detektorpreise selbst bestimmt. P⁺N Detektoren können wegen ihrer einfachen Bauweise sehr kostengünstig produziert werden.

Am MPI-Halbleiterlabor wurden Prototypen hergestellt und am CERN mit 24GeV Protonen bis zu Fluenzen von 3x10¹⁴/cm² bestrahlt. Die Detektoren zeichnen sich durch eine sehr hohe Spannungsfestigkeit und durch eine exzellente Streifenausbeute aus. Um eine weitere Prozeßvereinfachung zu erzielen, wurden die bisher verwendeten Polysilizium-Bias-Widerstände durch implantierte Widerstände ersetzt. Diese Widerstände sind strahlenhart und lassen sich mit hoher Reproduzierbarkeit herstellen. Mit Hilfe von zweidimensionalen Simulationen wird ausgehend von der Technologie die Funktion des Detektors vor und nach der Bestrahlung erklärt. Dabei wird auf die Änderung der Feldverhältnisse während der Bestrahlung und das Verhalten der Guard-Strukturen bei Spannungen im Bereich von 500V eingegangen.

Anhand von Messungen mit Beta-Teilchen und im Testbeam soll gezeigt werden, daßder SCT mit PN Detektoren gebaut werden kann. Erste Messungen an industriell gefertigten Detektoren werden diskutiert.