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

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

2 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

3 The SVD for b-tagging at Belle II Das Belle II-Experiment (Tsukuba, Jp.) 3M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 Myonenkammern Kalorimeter Teilchen-ID Gas-Spurdetektor Solenoid-Magnet 1.5 T Silizium-Sensoren: Rekonstruktion von Zerfallspunkten e + (4 GeV) e - (7 GeV) Asymmetrische Strahlenergien!

4 The SVD for b-tagging at Belle II Y(4S) e+e+ e-e- e+e+ e-e- Eine typische Kollision 4M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 Y(4S) B0B0 B0B0 B0B0 B0B0 O(150 µm) σ(z) 20 µm ! typ. E O(500 MeV)

5 The SVD for b-tagging at Belle II Asymmetrischer Vertexdetektor 5M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 4 Lagen SVD 2 Lagen PXD

6 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 6M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

7 The SVD for b-tagging at Belle II Sensorprinzip 7M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

8 The SVD for b-tagging at Belle II Prinzip doppelseitiger Sensoren 8M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

9 The SVD for b-tagging at Belle II Streifenisolierung 9M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

10 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 10M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

11 The SVD for b-tagging at Belle II Optimierung der Streifenisolierung 11M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 CERN SPS: 120 GeV/c Hadronen, haupts. Pionen SCK-CEN Mol: 100 kGy γ

12 The SVD for b-tagging at Belle II Optimierung der Streifenisolierung 12M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 [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

13 The SVD for b-tagging at Belle II Testbeam und Bestrahlung 13M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 common Unsere Wahl: Atoll p-stop Aus Literatur combined atoll p-spray

14 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 14M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

15 The SVD for b-tagging at Belle II Software Framework CAD script, ~20000 Zeilen Programmcode –~200 Parameter definieren einen Sensor –macht Änderungen einfach –Basisform: Polygon mit abgerundeten Ecken Design Rules vom Hersteller 15M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 // General Sensor Parameters extern BiasConnectionType=1; extern SensorEdgeGuardSpacing=81.5; // Frontplane Sensor Parameters extern 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;

16 The SVD for b-tagging at Belle II Eckdaten 16M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 12.6 cm 6.1 cm 4.1 cm 75 µm (σ 22 µm) 50 µm (σ 15 µm) p-Seite: 768 Auslesestreifen (+ Zwischenstreifen) n-Seite: 512 Auslesestreifen (+ Zwischenstreifen) 240 µm (σ 70 µm) 300 µm dick (0.32 %X 0 )

17 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 17M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

18 The SVD for b-tagging at Belle II Strom-Spannungs-Kennlinien 18M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 Betriebsspannungmin. Durchbruchspannung

19 The SVD for b-tagging at Belle II Streifenstrom n-Seite 19M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014 > 98% gute Streifen!

20 The SVD for b-tagging at Belle II Testbeam und Bestrahlung 20M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

21 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 21M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

22 The SVD for b-tagging at Belle II 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 22M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

23 The SVD for b-tagging at Belle II 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 23M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014

24 The SVD for b-tagging at Belle II Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 24M. Valentan (HEPHY Vienna)19. Februar 2014