7 N. Dinu, E. Fiandrini and L. Fano' Overview of the electrical characterization of AMS/CMS silicon microstrip detectors, Nota INFN AE-06/1.

7 N. Dinu, E. Fiandrini and L. Fano'Overview of the electrical characterization of AMS/CMS silicon microstrip detectors, Nota INFN AE-06/1

The Simulator: Dessis, ISE-TCAD

strp 0 strp +100 strp +200 strp -100 strp -200

55 um

19 p+ strips with 27.5 um geometric pitch9 metallized strips5 read out stripsBackplane with n+ Boron implant

Thickness 300 um

Each strip is an ‘electrode’ with an initial voltageFor DC studies each strip is kept at V=0

14800 grid points

Bulk: Phosporus doping 2.2£1011 cm3

Depletion V18 V, Vbias=70 V

P+ strips: Boron doping 1.1£1020 cm3

P+ implants width 12 umGaussian Profile: Peak@ Depth=0 Junction Depth 0.9 um Lateral width 0.4 um

wdepth

LW

Metal Al 1 um + 3 um overhangSilicon Oxide 1 um

Oxide Charge3.5•1011 cm2

e- Surf acc. layerContact window 4 um

DC and AC Properties

1 10 100

C (

F)

Vbias (V)

10-13

10-12

10-11

0.1 1 10 100

Vbias (V)I (

A)

10-10

10-9

100 kHzCis

Cback

Strip Capacitances Strip Current

Vdep Vdep

RO fixed, x=25 umAll float, x=25 um

2e-7

0

4e-7

0

1e-15

2e-15

2e-15

3e-15

0

2e-7

4e-7

-2e-7

-4e-7

Cur

rent

(A

)

Cur

rent

(A

)

Charge (C

)

Charge (C

)

4e-15

3e-15

2e-15

1e-15

Time (sec)Time (sec)0 1e-8 2e-8 3e-8 3e-82e-81e-8

t=0 t=5 ns

t=12 nst=30 ns

Time evolution of current

holes

e-

S Side

e- drift faster because of

higher

Cosa accade ad una carica iniettata nella zona di svuotamento? Deriva Diffonde

T=0 T=2 ns

T=6 ns T= 13 ns

Local electric field is changed by the spatial charge drifting in the silicon

volume

Locally, electric field can vary by large factors

Lines of constant electric field

T=6 ns

T=0

All Float,Cpt/Cis=0.2

Charge shared,Charge loss appears

RISULTATI SPERIMENTALI CON FASCIO DI IONI

Possibili cause:

— Effetti non lineari nel silicio (campo locale troppo elevato e quindi ricombinazione)— Risposta non lineare dell’elettronica al variare dell’ampiezza del segnale di corrente generato dal passaggio della particella— Risposta non lineare dell’elettronica al variare della forma d’onda del segnale di corrente

Andamento del segnale raccolto sui due lati del silicio in funzione della carica:

Lato p+-nLato n-n+

Carica raccolta in funzione del tempo per differenti Z (da 1 a 10)

Previsto

Simulazione

Radice della carica raccolta in funzione di Z (da 1 a 10)Tempo di raccolta in funzione di Z2 (Z da 1 a 10)

SIMULAZIONI CON PARTICELLA INCIDENTE

0 2E-7 4E-7 6E-7 TEMPO DI RACCOLTA (s)

CA

RIC

A R

AC

CO

LT

A (

C)

3E-14

2E-14

1E-14

0 2E-9 4E-9 6E-9 TEMPO DI RACCOLTA (s)

4E-5

3E-5

2E-5

1E-5

Ampiezza della corrente per varie Z (da 1 a 10)

Co

rre

nte

(A

)

Femlab • 1- 2- 3-D Multiphysics modeling package from

nanometer to meter scale• Include quantum mechanics and semiconductor

physics which can be coupled together (...and a really huge library of phys modules, eg mems, optics, photonics, struct mechanics, fluid dynamics, etc. etc.)

• Found some ref of CNT modeling using femlab• Need to get latest version (estimated cost ca. 5

keuro)

Femlab

Sigespes wafers (prototype ready mid-nov 08) modeled 1:1 scaleR=10 cmThickness 1 cmPad 1x1 cm2

Strips width: 50-300 um Strips Length 2 cm

Femlab

Detail of electric field