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| Dissertation / PhD Thesis | PUBDB-2026-01882 |
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2026
Humboldt-Universität zu Berlin
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Please use a persistent id in citations: doi:10.18452/36992 doi:10.3204/PUBDB-2026-01882
Abstract: Siliziumstreifensensoren, die für das ATLAS Inner Tracker Upgrade entwickelt wurden, haben eine starke Abhängigkeit der Durchbruchsspannung von der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) gezeigt. Die Lösung für diese Feuchtigkeitsempfindlichkeit bestand bisher darin, die Sensoren in einer trockenen Umgebung (Rh < 10 %) zu lagern und zu testen. Dadurch werden die Auswirkungen der Feuchtigkeit gemildert, aber es wird nicht versucht, das zugrunde liegende Problem zu verstehen. Um die Feuchtigkeitsempfindlichkeit des Siliziumstreifensensors zu verstehen, wurden Siliziumdioden aus dem gleichen Wafer wie der Streifensensor mit Hilfe von Technology Computer-Aided Design (TCAD) von Synopsys und der Top-Transient Current Technique (Top-TCT) untersucht. Die Siliziumdioden wurden mit einer Prüfstation charakterisiert. Die volle Verarmungsspannung, die aktive Dicke und die effektive Silizium-Dotierungskonzentration wurden aus Kapazitäts-Spannungs-Messungen (CV) abgeleitet. TCAD-Simulationen für verschiedene Werte der relativen Luftfeuchtigkeit (0 %, 30 % und 40 %) wurden bei einer hohen Vorspannung (900 V) durchgeführt, um das elektrische Feld, den Ladungstransport und das Einsetzen des frühen Durchbruchs unter feuchten Bedingungen zu untersuchen. TCAD erwies sich als nützliches Werkzeug zur Bewertung der Auswirkungen von Passivierungsöffnungen auf den Leckstrom und den Oberflächenladungstransport in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit. Zum ersten Mal wurde die Top-Transient-Current-Technik verwendet, um den Ladungstransport in der Schutzringregion von Siliziumdioden aus demselben Wafer wie der ATLAS-Streifensensor zu untersuchen, indem lokalisierte freie Ladungsträger nahe der Oberfläche mit Pikosekundenpulsen von rotem Laserlicht erzeugt wurden. Die induzierten transienten Ströme wurden in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit und der Vorspannung gemessen, um festzustellen, wie diese Faktoren den Promptstrom und das Ladungsprofil beeinflussen.Silicon strip sensors developed for the ATLAS Inner Tracker Upgrade have shown a strong dependence of the breakdown voltage on varying levels of relative humidity (RH). The solution to this humidity sensitivity has so far been to store and test the sensors in a dry environment (RH < 10 %). This mitigates the effects of humidity but does not attempt to understand the underlying issue. To understand the silicon strip sensor humidity sensitivity, silicon diodes from the same wafer as the strip sensor were investigated using Technology Computer-Aided Design (TCAD) from Synopsys and the Top-Transient Current Technique (Top-TCT). The silicon diodes were characterized using a probe station. The full depletion voltage, active thickness, and effective silicon doping concentration were derived from Capacitance-Voltage (CV) measurements. TCAD simulations for different relative humidity values (0 %, 30 % and 40 %) were performed at a high bias voltage (900 V) to study the electric field, charge transport, and onset of early breakdown in humid conditions. TCAD proved to be a useful tool in assessing the effect of passivation openings on the leakage current and surface charge transport as a function of the relative humidity. For the first time, the Top-Transient Current Technique was used to study the charge transport in the guard ring region of silicon diodes from the same wafer as the ATLAS strip sensor by generating localized free charge carriers near the surface with picosecond pulses of red laser light. The induced transient currents were measured as a function of the relative humidity and bias voltage to determine how these factors influence the prompt current and charge profile.
Keyword(s): ATLAS-Upgrade ; Siliziumstreifensensoren ; TCAD ; Untersuchungen zur Luftfeuchtigkeit ; ATLAS Upgrade ; Silicon Strip Sensors ; TCAD ; Humidity Studies
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