TP de physique nucléaire M1 - Julien Salort · Le détecteur à silicium à micropistes Système de déclenchement Résultats Conclusion TP de physique nucléaire — M1 Thomas

Le detecteur a silicium a micropistesSysteme de declenchement

ResultatsConclusion

TP de physique nucleaire — M1

Thomas Le Grand, Julien Salort

2005-2006

Thomas Le Grand, Julien Salort TP de physique nucleaire — M1


ResultatsConclusion

1 Le detecteur a silicium a micropistesPrincipe generalPoint de fonctionnementMise en memoire du signal

2 Systeme de declenchementPrincipe du declenchementReglage du PMSynchronisation avec le detecteur au silicium

3 ResultatsSignal brutDistribution spatialeDistribution de perte d’energie

4 Conclusion



ResultatsConclusion




4 Conclusion



ResultatsConclusion




4 Conclusion



ResultatsConclusion




4 Conclusion



ResultatsConclusion

Principe generalPoint de fonctionnementMise en memoire du signal

Met

p+ p+ p+ p+

n

n+

Si02

E

+

+

+

+

_

_

_

Polyresistor

Bias line

Particle track

Fig.1. AC type detector p-n strip junctions are reverse biased via polysilicon resistors (> 5M ). Bias voltage has to be enough high to deplete whole bulk of silicon. Transverse particles create on its way electron-hole pairs. Under the electric field holes are moving to strip side and electron to back side of detector. The signal is generated on Al- strips via coupling capacitance (p+-Al) and sending to input of charge amplifier.

2. DETECTOR DESIGN

The microstrip detector with four different pitches was designed:

-25 m strip pitch and 50 m readout pitch (type A);

-50 m strip pitch and 50 m readout pitch (type B);

-50 m strip pitch and 100 m readout pitch (type C);

-100 m strip pitch and 100 m readout pitch (type D).

Different kinds of detectors were design to study of charge collection on the p+ strip versus distance

between the strips. Result of it is not included to this paper. Each detector consists 128 or 256 diode strips

10 m width and 35mm long depend of detector type. Each diode is biased by an individual polysilicon

biasing resistor and all biasing resistors are connected to one bias line. The polysilicon resistors are designed

such that all of them have equal resistivity. There is created a coupling capacitance between the metal strip

and the p+ area of readout diode strip. It allows to decouple the leakage current of the diode from the input

to the charge sensitive preamplifier. There was created floating strip in detector types A and C, which

reduces the number of readout channels without significant change of spatial resolution. Each metal strip is

ended by two bonding pads. The total detector size is 40mm x 14.3mm or 40mm x 8 mm depended of strip

pitch. A schematic layout of the strips, connecting lines and polysilicon resistors is shown in fig. 2.

3. METHOD OF FABRICATION

Microstrip detectors were fabricated at the Silicon Technology Department of Institute of

Electron Technology. High purity FZ silicon manufactured by Wacker Chemitronic GmbH (<111> n-type 4

Figure: Schema d’un detecteur de particule au silicium



ResultatsConclusion


Figure: Photo du detecteur de particule a silicium a micropistes (elementde base de tracker)



ResultatsConclusion


0 100 200 3000.0

0.4

0.8

1.2

V (Volts)

I (Am

père

s)Caractéristique

Cache totalCache partiel

Figure: Evolution du courant de fuite en fonction de la tensiond’alimentation



ResultatsConclusion


Figure: Signal a vide des pistes



ResultatsConclusion


0 50 100 150 2001.0

1.5

2.0

2.5

3.0

V (Volts)

Brui

t

Évolution du bruit de la piste 151

Figure: Evolution du bruit en fonction de la tension d’alimentation



ResultatsConclusion


Figure: Reponse d’une piste en mode peak



ResultatsConclusion


Figure: Reponse d’une piste en mode deconvolue



ResultatsConclusion


Impossibilite d’enregistrer le signal en continu (80 To/s)

On enregistre le signal seulement lorsqu’il y a un evenement

Realisation pratique :

memoire tampon (192 tampons de 25 ns)declenchement externe



ResultatsConclusion

Principe du declenchementReglage du PMSynchronisation avec le detecteur au silicium

Figure: Source, detecteur et systeme de declenchement



ResultatsConclusion


Figure: Signal brut en presence d’une source β−



ResultatsConclusion


Figure: Signal numerise en presence d’une source β−



ResultatsConclusion


1800 2000 2200 24000

2.105

4.105

6.105

8.105

1.106

1.106

1.106

V (Volts)

Impa

cts

par s

econ

de

Réponse du PM en présence de Sr 90

Figure: Evolution de la reponse brute du PM avec la tensiond’alimentation



ResultatsConclusion


Figure: Etude du decalage en mode peak



ResultatsConclusion

Signal brutDistribution spatialeDistribution de perte d’energie

Signal corrigé

Bruit

Numéro de piste

Éch

antil

lon

Figure: Comparaison du signal lors du passage d’un β− et du bruit a vide



ResultatsConclusion


Figure: Distribution spatiale des β−



ResultatsConclusion


Figure: Distribution de l’energie cedee par les β−



ResultatsConclusion

Comprehension d’un element d’un detecteur de physique desparticules

Calibration dudit detecteur

Obtention de resultat


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