Dolejschi, P. (2012). Characterisation of interstrip parameters on silicon sensors for the Belle II vertex detector [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/161301
Belle II; Siliziumdetektoren; SVD; Zwischenstreifenwiderstand; Zwischenstreifenkapazität; Hephy; QTC; Belle 2; SuperKEKB
de
Belle II; silicon sensors; SVD; interstrip resistance; interstrip capacitance; Hephy; QTC; Belle 2; SuperKEKB
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Abstract:
Der Belle II Detektor des SuperKEKB Beschleunigers am Forschungszentrum f¨ur Hochenergiephysik in Tsukuba, Japan ist speziell f¨ur die Beobachtung von CP Verletzenden Prozessen von B-Mesonen ausgelegt. SuperKEKB ist ein Synchrotron, das Elektronen und Positronen auf jeweils 7.0 GeV und 4.0 GeV beschleunigt. Die innersten Schichten des BELLE II Detektors bilden Silizium-Halbleiterdetektoren, sowohl im Pixel Detektor (PXD), als auch im Silicon Vertex Detector (SVD). Hauptaugenmerk dieser Diplomarbeit war es, elektrische Messungen an Prototypen der Siliziumstreifendetektoren f¨ur den SVD durchzuf¨uhren. Die Messungen wurden am Quality Test Center (QTC) am Institut f¨ur Hochenergiephysik (HEPHY) in Wien durchgef¨uhrt. Insbesondere wurden neue Messmethoden entwickelt und getestet. Die Messungen des Zwischenstreifenwiderstandes und der Zwischenstreifenkapzit¨at wurden speziell f¨ur die QTC entwickelt, um aktiv zur zuk¨unftigen Qualit¨atssicherung von Siliziumdetektoren beizutragen. Zwei Haupttypen von Sensoren von zwei unterschiedlichen Anbietern waren Gegenstand intensiver messtechnischer Untersuchungen. Aufgrund der Asymmetrie des SuperKEKB Beschleunigers besteht der SVD aus rechteckigen und trapezoiden Sensoren, welche von Hamamatsu Photonics und Micron Semiconductor gefertig werden und zu den doppelseitigen Siliziumsensoren z¨ahlen. Verschiedene LabView-gest¨utzte Messverfahren zur Bestimmung des Zwischenstreifenwiderstandes und frequenzabh¨angige Kapazit¨atsmessungen zur Bestimmung der Zwischenstreifenkapazit ¨at wurden vom Autor entwickelt und durchgef¨uhrt. Die Ergebnisse wurden mit den Spezifikationen aus dem Belle II Technical Design Report und anderen Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Im Zuge intensiver Messreihen sind auch diverse Sensor-spezifische Messeffekte untersucht und die Grenzen der Messgenauigkeit bestimmt und erweitert worden. Die Resultate dieser Diplomarbeit werden in die Weiterentwicklung der QTC am HEPHY Wien und zur zuk¨unftigen Qualit¨atssicherung von Siliziumstreifendetektoren f¨ur internationale Experimente der Hochenergiephysik einfließen. Sie liefern außerdem die Motivation f¨ur tiefere theoretische Untersuchungen von doppelseitigen Siliziumstreifendetektoren.
The Belle II experiment at the SuperKEKB-Factory is designed to investigate CP violation in the quark sector. SuperKEKB is an asymmetric electron-positron collider, colliding 7.0 GeV and 4.0 GeV electrons and positrons. The innermost part of the Belle II detector consists of a pixel detector (PXD) and the Silicon Vertex Detector (SVD). Both the PXD and the SVD consist of silicon detectors. In this diploma thesis, different electrical measurements on the prototypes of silicon strip detectors for the SVD were performed. The author employed the Quality Test Center (QTC) at the HEPHY Vienna to develop new measurement methods for silicon strip sensors. The measurements of the interstrip resistance and the interstrip capacitance are new measurement methods that are subject to be incorporated into future quality assurance at the QTC. The measurements were performed on rectangular sensors from Hamamatsu Photonics and on wedge sensors from Micron Semiconductor. Two differently shaped sensor types are the result of the asymmetry of the SuperKEKB collider. Both sensor types are double sided silicon sensors. The author has developed three measurement methods implemented in LabView to measure the interstrip resistance and has performed frequency dependent capacitance measurements to determine the interstrip capacitance. The results of these measurements have been cross checked with specifications given in the Belle II Technical Design Report and compared to results of publications of similar measurements by different work groups. In addition, the author has investigated sensor related effects that influence the measurement and has tried to improve the measurement accuracy. The findings of this diploma thesis will be important for future operation and improvement of the QTC Vienna, in order to perform quality assurance for serial production sensors, destined to be operated in high energy particle experiments all over the world. Also, they contribute to better understand double sided silicon detectors.
