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Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 1 Strahlenhärte der optischen Datenübertragungsstrecke.

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Präsentation zum Thema: "Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 1 Strahlenhärte der optischen Datenübertragungsstrecke."—  Präsentation transkript:

1 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Strahlenhärte der optischen Datenübertragungsstrecke des ATLAS-Pixel-Detektors P. Buchholz, M. Holder, A. Roggenbuck, P. Schade, M. Ziolkowski Universität Siegen Axel Roggenbuck Universität Siegen 4. März 2005

2 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Der ATLAS-Detektor 22 m 44 m

3 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Der Pixel-Detektor 140 cm 3 Lagen 2 x 3 Scheiben 1744 Pixel-Module 288 Opto-Boards 40 cm

4 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Der optische Daten-Link Licht-Emitter: VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) mit VDC (VCSEL-Driver-Chip) Licht-Empfänger: PIN: PiN-Diode mit DORIC (Digital Opto-Receiver Integr. Circuit)

5 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Die Opto-Boards VDCs VCSEL-Array Housing PIN-Dioden-Array DORICs 80 Pin-Stecker BeO- Board 1,9 cm 6,3 cm

6 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin geschätzte Strahlendosis nach 10 Jahren: –Si (DORIC/VDC, PIN) : 3,7· MeV n eq /cm² Protonen: 6,3·10 14 p/cm² 17 Mrad = 170 kGy –GaAs (VCSEL) : 2· MeV n eq /cm² Protonen: 3,8·10 14 p/cm² 10 Mrad = 100 kGy Strahlungsumgebung

7 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Strahlungseffekte, Annealing Schäden –Versetzungsschädigung Defekte in der Bandlücke des Halbleiter Strahlungsfreie Rekombination (VCSEL) –Ionisation Oxidladungen (betrifft CMOS-Elektronik, d.h. VDC, DORIC) Andere Effekte –Single Event Upsets Annealing (= Ausheilen, urspr.: Ausglühen) –Rückbildung von Versetzungen und Störstellen durch thermische Bewegung im Kristall –beschleunigt durch erhöhte Temperatur

8 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Bestrahlungsmessung – CERN GeV Protonen (CERN, PS-T7) Gesamtdosis ~ 30 Mrad (~ 20 Jahre LHC) ca. 1 Woche pro Board abwechselnd Bestrahlung (~ 5 · 6 Mrad) und Annealing

9 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Ergebnisse (vorläufig) (1)

10 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Ergebnisse (vorläufig) (2)

11 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Ergebnisse (vorläufig) (3)

12 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Ergebnisse (vorläufig) (4)

13 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin Zusammenfassung ASICs (VDC, DORIC) strahlenhart In früheren Messungen bis 60 Mrad keine nennenswerte Degradation PIN-Diode ausreichend strahlenhart VCSEL erfüllt bis 30 Mrad die geforderten Spezifikationen aber Annealing erforderlich strahlenharte Fasern zeigen nur geringe Zunahme von Absorption Opto-Link erfüllt Erfordernisse für 10 Jahre LHC-Betrieb


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