1 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 1/12 Interne Verstärkung und Rauschverhalten von DEPFET Pixelsensoren DPG Frühjahrstagung.

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1 1 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 1/12 Interne Verstärkung und Rauschverhalten von DEPFET Pixelsensoren DPG Frühjahrstagung Freiburg, 03-07.03.2008 Stefan Rummel für die DEPFET Kollaboration

2 2 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 2/12 Überblick DEPFET Prinzip DEPFET als Vertexdetektor für ILC DEPFET intrinsisches Rauschen bei hoher Bandbreite Interne Verstärkung Gq – Skalierungspotential Zusammenfassung - Ausblick

3 3 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 3/12 DEPFET – Depleted Field Effect Transistor Verbindung von hochohmigen Basismaterial mit p-MOSFET Verstärker “APS” Potential Minimum unter dem Kanal mittels Seitwärtsdepletion und n-Dotierung Elektronen im “internen Gate” modulieren den Transistorstrom Ladung wird mittels Clear Kontakt entfernt ●Großes sensitives Volumen durch voll depletiertes Substrat ●Geringes Rauschen durch kleine Kapazität des Internen Gates ●Transistor kann mit dem externen Gate ausgeschaltet werden – Ladungssammlung weiterhin aktiv

4 4 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 4/12 DEPFET – Matrix operation GATE SWITCHER CLEAR SWITCHER FRONTEND ●Spaltenparalleles Design für schnelle Auslese ●Auslese Zeilenweise – Sample–Clear–Sample – kein Ladungstransfer ●Geringe Leistungsaufnahme – nur eine Zeile während Auslese aktiv

5 5 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 5/12 DEPFET als Vertexdetektor für ILC Θ)Θ) IP - Auflösung: [Tesla TDR, LDC DOD]  Hohe Punktauflösung <5µm  Materialbudget von 0.1% X 0 je Lage

6 6 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 6/12 Auslesegeschwindigkeit - Beamstrahlung Implikationen für den Detektor: ●Hohe Framerate >20kHz (innerste Lage) >4kHz (Lage 2-5) ●Hohe Bandbreite ~ 50MHz  Synchrotronstrahlung durch Streuung - Beamstrahlung  e - -e + Paarerzeugung im EM-Feld des Strahls  Mustererkennung erfordert geringe Besetzung <0.1% [LDC DOD]

7 7 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 7/12 Setup mit schnellem Verstärker First stage: TIA AD8015 10kΏ Second stage: AD8129 A=10 ADC - 3dB @ 110MHz Low pass filter R bias 39k Ω Drain DEPFET Clear

8 8 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 8/12 DEPFET – Rauschen bei hoher Bandbreite ENC bei 50MHz Rauschen <50e- DEPFET intrinsisch rauscharm

9 9 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 9/12 Externe Rauschquellen – Interne Verstärkung Interne Verstärkung gq: Beitrag externe Rauschquellen hängt direkt mit der internen Verstärkung des DEPFET zusammen: Um optimales S/N zu erreichen gilt es die interne Verstärkung gq zu maximieren!

10 10 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 10/12 Gq für verschiedene Teststrukturen ●Gq verhält sich qualitativ wie erwartet ●für L=4µm gq nahezu 1nA/e

11 11 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 11/12 Interne Verstärkung - Simulation Gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung! L Gate ist der wichtigste Parameter um das Gq zu erhöhen! @ 50µA drain current Assuming an under etching of 1.2micron

12 12 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 12/12 Ausblick - Zusammenfassung ●Intrinsisches Rauschen des DEPFET <50e- bei 50MHz Bandbreite ●Interne Verstärkung von bis zu 1nA/e möglich, weiteres Potential vorhanden ●DEPFET sehr guter Kandidat für den ILC Vertexdetektor

13 13 DPG Frühjahrstagung, Freiburg Stefan Rummel, MPI für Physik 13/12