Per citar aquest document: http://ddd.uab.cat/record/127446
New technologies of silicon position-sensitive detectors for future tracker systems
Bassignana, Daniela
Pellegrini, Giulio, dir.
Lozano Fantoba, Manuel, dir.
Fernández Sánchez, Enrique, tutor
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2013
Descripció: 1 recurs electrònic (178 p.)
Resum: En vista de la nueva generación de colisionadores de alta luminosidad, HL-LHC y ILC, se hace necesaria una investigación más profunda del diseño y de la tecnología de los detectores de radiaciones basados en silicio, al fin de satisfacer las peticiones de los experimentos en maquinas tan sofisticadas. En esta tesis se presentan tecnologías innovadoras de detectores de radiaciones basados en silicio para futuros trazadores. Tres diferentes dispositivos han sido estudiados y diseñados con la ayuda de diferentes herramientas de simulación. Luego, han sido fabricados en la sala blanca del IMB-CNM de Barcelona y caracterizados con diferentes configuraciones experimentales adecuadas para evaluar la calidad de los detectores y la idoneidad de las tecnologías utilizadas en sus procesos de fabricación. La primera tecnología fue desarrollada con la intención de mejorar los sensores dedicados a sistemas de alineamiento láser en futuros detectores de trazas. El diseño y la tecnología de los detectores de micropistas de una cara p+-in-n, ha sido ligeramente modificada al fin de aumentar la transmitancia de luz Infra-Roja. El diseño de los sensores se ha basado en simulaciones ópticas y el proceso de fabricación ha sido monitoreado consiguiendo una transmitancia del 50% con un paso entre las pistas de 50μm. El segundo dispositivo es un nuevo detector de una cara sensible a la posición en dos dimensiones, basado en tecnología estándar de detectores de silicio de micropistas en los cuales se han generado electrodos resistivos de silicio policristalino acoplados en AC con los implantes. El método de división de carga por resistencias se aplicó leyendo los electrodos resistivos por los dos lados y se usó para obtener informacion sobre la coordenada espacial de un evento ionizante a lo largo de las pistas. Los prototipos que se fabricaron fueron caracterizados con un sistema de láser, con lo que se obtuvo una resolución espacial de aproximadamente el 1. 1% de la longitud de la pista, por una señal equivalente a 6 MIPs. Un modelo del detector basado en el simulador Spice se ha desarrollado y comprobado con los datos experimentales, resultando una buena herramienta para la mejora de futuros protipos. Al final, la última propuesta consiste en el nuevo diseño, fabricación y una primera investigación de detectores stripixel 3D. El dispositivo está compuesto de electrodos con forma de columna (ambos los tipo n+ y p+) distribuidos en una cara del substrato según una configuración romboidal. Estos electrodos están conectados entre ellos por medio de dos grupos de pistas metálicas perpendiculares definidas en dos capas de metal separadas que permiten leer las coordenadas X-Y de eventos ionizantes. El diseño del dispositivo ha sido mejorado gracias a simulaciones realizadas con TCAD Sentaurus y la posibilidad de detectar dos dimensiones de un evento de ionización se ha demostrado reconstruyendo la posición de un haz láser dentro de un píxel, definido por dos pistas de tipo p+ consecutivas cruzadas con dos pistas de tipo n+. De las medidas se ha obtenido una resolución espacial de 23 μm. Todos los estudios preliminares, los métodos de fabricación y de caracterización se presentan en los capítulos de esta tesis juntos con los resultados experimentales.
Resum: In view of the new generation of high luminosity colliders, HL-LHC and ILC, a farther investigation of silicon radiation detectors design and technology is demanded, in order to satisfy the stringent requirements of the experiments at such sophisticated machines. In this thesis, innovative technologies of silicon radiation detectors for future tracking system are proposed. Three different devices have been studied and designed with the help of different tools for computer simulations. They have been manufactured in the IMB-CNM clean room facilities in Barcelona and characterized with proper experimental setups in order to test both the detectors capabilities and the quality and suitability of the technologies used for their fabrication process. The first technology deals with the upgrade of dedicated sensors for laser alignment systems in future tracker detectors. The design and technology of common single-sided silicon microstrip detectors have been slightly modified in order to improve IR light transmittance of the devices. The layout of the sensors has been decided following the hints of optical simulations and the fabrication process has been properly monitored, obtaining a final transmittance of 50% with a baseline pitch of 50μm. The second device is a novel 2D position sensitive detector based on the standard technology of single-sided AC coupled, silicon microstrip detectors in which resistive coupling electrodes made of polysilicon have been integrated. The resistive charge division method, applied reading out the resistive electrodes at both ends, was used to obtain spatial information on the coordinate of an ionizing event along the strip length. The prototypes fabricated, characterized with a laser setup, showed a longitudinal spatial resolution of about 1. 1% of the total strip length (20 mm) for a 6MIPs signal. A Spice-like model of the detector has been developed and crosscheck with the experimental results, providing a good simulation tool for future prototypes optimization. Finally, the last proposal deals with the new design, fabrication and first characterization of double columns stripixel detectors. The device consists of double-column electrodes (both n+ and p+) arranged in a diamond configuration on one side of the n-type silicon bulk and connected by two sets of perpendicular strips organized in two separated metal layers, that allow a X-Y projective readout of the sensor. The design has been optimized with the use of TCAD Sentaurus simulations and 2D position sensitivity has been demonstrated reconstructing a laser beam position within two consecutive p+-type strips crossing two consecutive n+-type strips, with a spatial resolution of 23 μm. The preliminary studies, the fabrication and characterization methods along with the experimental results are presented and discussed in the dedicated chapters of this thesis.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física, 2012
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Llengua: Anglès.
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis ; publishedVersion
Matèria: Detector ; Semiconductor ; Tracker
ISBN: 9788449032905

Adreça alternativa: http://hdl.handle.net/10803/97361


178 p, 2.8 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2014-12-17, darrera modificació el 2016-06-04



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