Trideas
Sviluppo di nuovi rivelatori di radiazioni/particelle per HEP
al silicio con elettrodi tridimensionali con "active edge".
Gian-Franco Dalla Betta
Trento – Bari – Trieste (dot 5) - FBK-irst
TREDI: rivelatori 3D
• Processo iniziale 3D-STC (Single Type Column), 2 lotti fabbricati
 Processo “semplificato” (punto di partenza per lo
sviluppo della tecnologia e delle metodologie di test)
 Colonne di singolo tipo (n+) su substrati p
 Colonne non passanti
• Processi 3D-DTC (Double Type Column)
Doppia colonna (=> migliore controllo dei campi elettrici e della raccolta di carica)
n+
p+
Colonne n+ e p+ passanti
Processo double-sided
Un lotto in fabbricazione nel 2008
Colonne
e
non passanti, su facce
opposte Processo quasi single-sided
semplice, resa elevata
Due lotti fabbricati 2006-07, un terzo in fabbricazione
Lotto 3D-DTC-1
3Ddtc1 - Wafer#861
Idiode [nA]
0.10
0.09
0.08
stc2
stc3
dtc2
dtc3
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
0
20
40
60
80
100
Vrev [V]
CV-diode - W861
35.0
Cdiode [pF]
STC
30.0
stc100
25.0
dtc100
stc80
80 mm pitch,
400 columns
20.0
15.0
DTC
dtc80
100 mm pitch,
256 columns
10.0
5.0
undepleted Si
0.0
0
1
2
Vrev [V]
3
4
Caratterizzazione funzionale 3D-DTC-1
IR laser setup
Efficiency [%]
b source setup
Collected Charge [fC]
Bias Voltage [V]
Bias Voltage [V]
ATLAS SCT binary
read-out, 40MHz, 20ns
Status FBK-irst
 Finalmente acquisita e operativa
l’attrezzatura di Deep Reactive Ion
Etching (DRIE)
 In corso un riciclo di fabbricazione
3D-DTC (atteso per set. 2008)
 In fase di progetto/layout un nuovo
lotto 3D con colonne passanti, fab.
da completarsi entro dic. 2008
 Completamento dei lotti previsti
dal programma TREDI entro
marzo 2009: rivelatori planari
con bordo attivo
surface
diam.
~10µm
depth
210µm
TRIDEAS
Obiettivo generale: Sviluppare ulteriormente ed ottimizzare
(sia a livello tecnologico che progettuale) rivelatori 3D con
bordo attivo, orientati ad applicazioni in sLHC.
Durata: 3 anni
Sezioni coinvolte: Padova(Trento), Bari, Trieste (dotaz.)
Supporto esterno: INFN Genova, 3D-ATLAS Collab.
Tecnologia e progetto
p
p
n
n
 Attacchi DRIE
 Bordo attivo: richiede wafer
di supporto e rimozione dello
support wafer
oxide
stesso alla fine tramite CMP
 Resa di processo
 Ottimizzazione layout celle base: segnale vs rumore (cap)
 Sinergia con sviluppo chip di front-end
Programma generale
 Completare caratterizzazione lotti TREDI
 Design e fabbricazione di un lotto di sviluppo
(entro 2009) e di un lotto di ottimizzazione
(entro 2010)
 Caratterizzazione elettrica e funzionale (laser e
sorgenti radioattive) estensiva,compresi effetti
del danno da radiazione (neutroni, protoni, X)
 Partecipazione a beam test CERN con rivelatori
a pixel 3D (2010 e 2011)
Piano attività TN 2009
 Completamento e caratterizzazione ultimi lotti
TREDI (colonne passanti e planare bordo attivo)
entro 06/2009.
- misure elettriche su fetta (IV, CV, etc.)
- caratterizzazione IR laser e con sorgenti b
 Simulazione TCAD e progetto rivelatori 3D con
bordo attivo (09/09)
 FBK-irst: Fabbricazione primo lotto 3D con bordo
attivo (12/09)
 Test di irraggiamento lotti esistenti (12/09)
TN
BA
TS
Giovanni Soncini 0.30, Gian-Franco Dalla Betta (RN) 0.50,
Giovanni Verzellesi 0.50, Giorgio Fontana 0.50, Andrea Zoboli 1.00
De Palma Mauro 0.20, Manna Norman 0.30, My Salvatore 0.30
Bosisio Luciano 0.20
Totale FTE 3,8
Milestones
2009
Verranno caratterizzati i rivelatori e le strutture di test disponibili dagli ultimi lotti sottomessi
nel progetto TREDI, il cui completamento è previsto per i primi mesi del 2009. Le misure comprenderanno
test elettrici, funzionali e di danno da radiazione. Verrà poi progettato un primo lotto di rivelatori con elettrodi
tridimensionali passanti e bordo attivo, la cui fabbricazione presso FBK-irst avrà inizio entro la fine dell'anno.
2010
Verranno caratterizzati i rivelatori del primo lotto TRIDEAS tramite misure elettriche, funzionali
e test di irraggiamento. Almeno un rivelatore sarà testato su fascio al CERN.
Verrà condotta una analisi critica dei risultati ai fini di migliorare la tecnologia ed il layout, e verrà sottomesso
per la fabbricazione presso FBK-irst entro la fine dell'anno un secondo lotto, mirato all'ottimizzazione delle
prestazioni ed alla valutazione della riproducibilità e della resa di processo.
2011
Verranno caratterizzati i rivelatori del secondo lotto TRIDEAS tramite misure elettriche,
funzionali e test di irraggiamento. Almeno un rivelatore a pixel assemblato con chip di front-end di nuova
generazione sarà testato su fascio al CERN.
interno
TN
2.50
BA
2.50
TS(dot) 1.00
estero consumo
5.00
28.50
5.00
2.00
1.00
Totali
10.00
6.00
31.50
TOTALI
36.00
9.50
2.00
47.50