Nd:YAG レーザー を 用いた シリコンマイクロストリップ 型検出器の性能 評価 1. アトラスシリコンマイクロストリップ型検出器の 概要 2. レーザー使用による追加検査項目 3. 測定原理および測定装置構成 4. レーザーを用いたストリップ検査システム構築の 方針 5. 現在の進行状況 6.

Presentation on theme: "Nd:YAG レーザー を 用いた シリコンマイクロストリップ 型検出器の性能 評価 1. アトラスシリコンマイクロストリップ型検出器の 概要 2. レーザー使用による追加検査項目 3. 測定原理および測定装置構成 4. レーザーを用いたストリップ検査システム構築の 方針 5. 現在の進行状況 6."— Presentation transcript:

1 Nd:YAG レーザー を 用いた シリコンマイクロストリップ 型検出器の性能 評価 1. アトラスシリコンマイクロストリップ型検出器の 概要 2. レーザー使用による追加検査項目 3. 測定原理および測定装置構成 4. レーザーを用いたストリップ検査システム構築の 方針 5. 現在の進行状況 6. まとめと今後の予定 筑波，岡山 A ，京都教育 B ，高エ研 C ，広島 D 皆川真実子，原和彦，千石大樹，新間秀一，加藤陽一，恵本健亮，中野 逸夫 A ，田中礼三郎 A ，池田篤 A ，伊藤彰洋 A ，小林健一 A ，留田洋二 A ， 栗田峯生 A ，宮本能義 A ，森中哲志 A ，高嶋隆一 B ，海野義信 C ，高力孝 C ， 近藤敬比古 C ， 寺田進 C ，池上陽一 C ，氏家宣彦 C ，岩田洋世 D ，大杉節 D （ アトラスシリコン I ）

2 2 シリコンマイクロストリップ 型検出 器 検出器の概略 SCT-BM-FDR-1 ～ 12cm ～ 6cm

3 3 レーザーを用いた追加検査項目 従来の検査項目 電気的性能検査 平面度位置測定 長期安定性 温度サイクル レーザーを用いた追加検査項目 ストリップ自身の性能検査 全てのストリップに対する導通・応答性検査 センサー応答の位置依存性の評価も可能 （例：周辺部、ストリップに沿った方向 の一様性） ・ IV 特性 ・ デジタルテスト ・ 暗電流長期安定性 ・ ストローブディレイの決定 ・ スレッショルド電圧の オフセットレベルでのトリミン グ ・ プレアンプ増幅率とノイズの評価 ・ ノイズ占有率による安定性の評価 ・ タイムウォークの評価 ・ バッドチャンネルの数の評価 New!

4 4 シリコン検出器とレーザー Nd:YAG レーザー 1064nm=1.16eV シリコンのエネルギーギャップ =1.12eV この測定で用いたレーザーは、 Nd ネオジウムをドープ した YAG （イットリウム、アルミニウム、ガーネッ ト）結晶を共振キャビティとした固体レーザーである。 Nd 3+ イオンが励起・遷位することで 1064nm の発振が 得られる。 殆どのレーザーはシリコンを通過す るが、ある確率で電子・ホール対を 生成できる。 シリコンの深さにほぼ一様に生成できる レーザー光量で生成数を制御できる レーザー 荷電 粒子 （但し検出器の構造によって反射吸収を受ける） 約 2 万対 ～ 3fC

5 5 レーザー装置 Rate ～ 1kHz Spot size ～ 3x3μ ㎡ 最小電離粒子が検出器 に入射した時と同程度 の電荷収集 ( ～ 3fC) が 得られるよう光量を調 整した。

6 6 測定装置（ブロック図） Delay=846ns Rate=30Hz SCTLV2

7 7 測定装置（全体図）

8 8 ストリップ検査システム構築の 方針 センサーストリップについての導通・応答性検査 をシステム化するには、以下の項目について検討 が必要である。 品質評価の指標として用いる値 最小電離粒子が通過した際と同程度の電荷収集（～ 3fC ）を行 うよう、レーザーの強度を調整したうえで、パルス波の波高 を品質評価の指標とする。 レーザーの入射位置 隣接しているストリップ間（ 80μm ）で注目しているストリッ プの応答性を見るためには、そのストリップに対しては応答 性がよく、隣のストリップからの影響が少ない入射位置を選 択する。 検査に要する時間 既に量産体制に入っており、 1 日あたり２モジュール以上の検 査速度が要求される。

9 9 品質評価の指標 品質評価の指標として波高の中心値を用いる。 デジタル化された信号で波高分布を測定するために 閾値を変化させて測定する。 波高（ mV ） イベント 数 閾値電圧 （ mV ） 収集効率

10 10 レーザー入射位置の検討 注目しているストリップ の中心から隣のストリッ プの中心までの区間に対 して、 2μm おきにレーザー を照射した。得られた閾 値曲線をエラー関数で フィットし、閾値電圧中 心値（ Vt50 ）を求めた。 レーザー照射 Vt50 収集効率 （％） 閾値電圧 (mV) Vt50 収集効率 （％） 閾値電圧 (mV)

11 11 レーザーの入射位置の検討 閾値電圧中心値 (Vt50) の推移 Strip #370 Strip #371 距離 (μm) 閾値電圧中心値 (mV)

12 12 本システムによる検査イメージ 768 本のストリップの応答性の良い領域（ストリップ中 心より 25μm の位置）にレーザーを入射させた場合の測 定例を以下に示した。 例えば、応答のないストリップ、応答に異常のあるス トリップについては以下の様に判断できる。

13 13 測定時間の検討（現在進行中） 1 日あたり 2 モジュールの両面検査を行うには、 片面あたり１時間程度で検査を終える必要がある。 閾値曲線の測定時間 現状、閾値電圧 100mV から 300mV の範囲について 100 イベントずつ統計を集め、 20mV 刻みで測定を 行った場合、 1 ストリップあたり およそ１分かか る。 768(strip) ｘ 1(min) = 13(hour) !! １ストリップあたり６秒以内の測定が要求さ れる ・ 現在、 30Hz でデータ収集を行っている が、 CLOAC の使い方を最適化することによ り、 数 100Hz 程度まで上げることが可能。

14 14 まとめと今後 センサーストリップの導通・応答性の 検査には、荷電粒子の通過を模擬した 状況での検査が不可欠である。 その為、レーザーを用いたセンサースト リップの導通・応答性検査システムを作成 中である。 現在、レーザー装置の調整、基礎デー タの収集中である。 量産体制に向けては、検査速度の向上 を図らなければならない。