Strahlenhärte der optischen Datenübertragungsstrecke des ATLAS-Pixel-Detektors Axel Roggenbuck Universität Siegen 4. März 2005 P. Buchholz, M. Holder, A. Roggenbuck, P. Schade, M. Ziolkowski Universität Siegen DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Der ATLAS-Detektor 22 m 44 m DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Der Pixel-Detektor 40 cm 3 Lagen 2 x 3 Scheiben 140 cm 1744 Pixel-Module 288 Opto-Boards 140 cm DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

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) DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Die Opto-Boards PIN-Dioden-Array 80 Pin-Stecker DORICs BeO-Board Housing 1,9 cm VDCs 6,3 cm VCSEL-Array DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Strahlungsumgebung geschätzte Strahlendosis nach 10 Jahren: Si (DORIC/VDC, PIN): 3,7·1014 1MeV neq/cm² Protonen: 6,3·1014 p/cm² 17 Mrad = 170 kGy GaAs (VCSEL): 2·1015 1MeV neq/cm² Protonen: 3,8·1014 p/cm² 10 Mrad = 100 kGy DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

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 DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Bestrahlungsmessung – CERN 2004 24 GeV Protonen (CERN, PS-T7) Gesamtdosis ~ 30 Mrad (~ 20 Jahre LHC) ca. 1 Woche pro Board abwechselnd Bestrahlung (~ 5 · 6 Mrad) und Annealing DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Ergebnisse (vorläufig) (1) DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Ergebnisse (vorläufig) (2) DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Ergebnisse (vorläufig) (3) DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

Ergebnisse (vorläufig) (4) DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

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 DPG-Frühjahrstagung Berlin 04.03.2005 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen