The Silicon Vertex Detector for b-tagging at Belle II Verteidigung der Dissertation, 19.2.2014 M. Valentan

The Silicon Vertex Detector for b-tagging at Belle II

Verteidigung der Dissertation, 19.2.2014 M. Valentan

The SVD for b-tagging at Belle II

Inhalt

• Einleitung: Das Belle II-Experiment

• Doppelseitige Silizium-Streifensensoren

• Optimierung der Streifenisolierung

• Sensordesign

• Der fertige Sensor: Qualitätssicherung

• Zusammenfassung

2M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014


Das Belle II-Experiment (Tsukuba, Jp.)


Myonenkammern

Kalorimeter

Teilchen-ID

Gas-Spurdetektor

Solenoid-Magnet 1.5 T

Silizium-Sensoren:Rekonstruktion vonZerfallspunkten

e+ (4 GeV)

e - (7 GeV)

Asymmetrische Strahlenergien!


Y(4S)e+e- e+e-

Eine typische Kollision


Y(4S)

B0

B0

B0

B0

O(150 µm)

σ(z) ≤ 20 µm!

typ. E ≈ O(500 MeV)


Asymmetrischer Vertexdetektor


4 Lagen SVD

2 Lagen PXD


Inhalt




• Sensordesign


• Zusammenfassung



Sensorprinzip



Prinzip doppelseitiger Sensoren



Streifenisolierung



Inhalt




• Sensordesign


• Zusammenfassung



Optimierung der Streifenisolierung


CERN SPS: 120 GeV/c Hadronen, haupts. Pionen SCK-CEN Mol: 100 kGy γ


Optimierung der Streifenisolierung


[1] IEEE Transactions On Nuclear Science 45 (1998) 303-309 - Iwata et.al[2] IEEE Transactions On Nuclear Science 45 (1998) 401-405 - Unno et.al


Testbeam und Bestrahlung


common

Unsere Wahl:Atoll p-stop

Aus Literatur

combined atoll p-spray


Inhalt




• Sensordesign


• Zusammenfassung



Software Framework

• CAD script, ~20000 Zeilen Programmcode– ~200 Parameter definieren einen Sensor– macht Änderungen einfach– Basisform: Polygon mit abgerundeten Ecken

• Design Rules vom Hersteller


// General Sensor Parametersextern BiasConnectionType=1; extern SensorEdgeGuardSpacing=81.5;

// Frontplane Sensor Parametersextern SensorNReadoutStripFront=768; extern SensorReadoutPitchFrontTop=75; extern SensorReadoutPitchFrontBottom=50;extern SensorIntermediateStripFront=1; extern SensorFlipFrontPlane=0; extern SensorFlipFrontStrips=0; extern SensorNGuardRings=10;extern SensorBiasStripSpacingXFront=45;extern SensorBiasStripSpacingYFront=30;


Eckdaten


12.6 cm6.

1 cm

4.1

cm75 µ

m (

σ ≤

22

µm

)

50 µ

m (

σ ≤

15

µm

)

p-Seite: 768 Auslesestreifen (+ Zwischenstreifen)

n-Seite: 512 Auslesestreifen (+ Zwischenstreifen)

240 µm (σ ≤ 70 µm)

300 µm dick (0.32 %X0)


Inhalt




• Sensordesign


• Zusammenfassung



Strom-Spannungs-Kennlinien


Betriebsspannung min. Durchbruchspannung


Streifenstrom n-Seite


> 98% gute Streifen!


Testbeam und Bestrahlung



Inhalt




• Sensordesign


• Zusammenfassung



Zusammenfassung

• Positionsmessung energiearmer Teilchen– Anforderung: präzise, dünne Sensoren– > Prämiere: doppelseitiger Sensor, trapezoid

• Meine Aufgaben:– Design von Sensoren und Teststrukturen– Optimierung der Streifenisolierung– Technische Diskussion mit Hersteller,

Überwachung der Produktion– Elektrische Charakterisierung und Qualitätssicherung– Konstruktion und Bau von Sensormodulen– Sensortest im Teilchenstrahl, Bestrahlung– komplette Datenanalyse



Ergebnisse

• Optimierung der Streifenisolierung:– Literatur widerlegt (für unseren Anwendungsfall)

• Qualitätssicherung des trapezoiden Sensors– elektrische Labormessungen, Langzeitstudien– Teilchenstrahl-Tests, Bestrahlung

• Erreichte Sensorleistung– p-Seite: σ ≈ 12 – 15 µm, Sig.-Rausch-Verh. ≈ 13– n-Seite: σ ≈ 60 µm, Sig.-Rausch-Verh. ≈ 9

• Geplanter Start von Belle II: Sommer 2016



Vielen Dank für die Aufmerksamkeit


Documents

The Silicon Vertex Detector for b-tagging at Belle II Verteidigung der Dissertation, 19.2.2014 M. Valentan