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Strahlenhärte der optischen Datenübertragungsstrecke des ATLAS-Pixel-Detektors

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. Der ATLAS-Detektor. 22 m. 44 m. Der Pixel-Detektor. 40 cm. 3 Lagen

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Strahlenhärte der optischen Datenübertragungsstrecke des ATLAS-Pixel-Detektors

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

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

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

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

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

  6. 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 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

  7. 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 Strahlenhärte ATLAS-Pixel Optolink Axel Roggenbuck, Universität Siegen

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

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

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

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

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

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

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