Evaluation of SOFIST1 by TCAD simulation
R.Tsuji (Yamanaka Lab.) 2015/12/25th year-end workshop@Osaka Univ.
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Evaluation of SOFIST1 by TCAD simulation R.Tsuji (Yamanaka Lab.) - - PowerPoint PPT Presentation
Evaluation of SOFIST1 by TCAD simulation R.Tsuji (Yamanaka Lab.) 2015/12/25th year-end workshop@Osaka Univ. 1 Contents ILC Experiment SOI Technology The SOI Pixel Sensor, SOFIST1 The Estimate of the Full Depletion Voltage
R.Tsuji (Yamanaka Lab.) 2015/12/25th year-end workshop@Osaka Univ.
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central region 5 km 2 km positron main linac 11 km electron main linac 11 km 2 km Damping Rings e+ source e- source IR & detectors e- bunch compressor e+ bunch compressor
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SiD detector (parked) ILD detector (on beamline) ILD garage
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AcVve$area$ 6250(H)×500(V) pixels$
10mm
8bit$ADC$×$6250ch$ (TBD)$Digital$memory$(SRAM?) Controller$ (Timing/Readout/Memory/Output) Data$transmission$interface Data$output$(parallel?)
??mm
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図 の断面図。下部の 型基板をセンサーとして使用する。
の利点
で述べたように、 技術を半導体検出器に応用すると様々な利点が生まれ る。本節ではそれぞれの利点について詳細を述べる。 高速性 トランジスタは トランジスタよりも、ソース、ドレイン 領域の接合容量が絶縁膜によって大幅に低減する。寄生容量が減少することにより、 高速な読み出しが可能である。 低消費電力 回路は絶縁膜によってシリコン基板部と回路部が絶縁されている為に リーク電流が減少する。これにより、消費電力を抑えることが出来、大量に検出器 が導入される実験では電源系、冷却系の負担が減る。高エネルギー加速器実験では、 内層に冷却用のパイプ等の不要な物質を減らすことが出来る等の利点が挙げられる。 また、電源の限られている宇宙関係、人工衛星等に載せて行う実験では消費電力の 低下は大きな利点となる。
Active area 50×50 pixels 8bit column ADC × 50ch
20um
Row selector Bias circuit Column selector
Output data (8bit)
Ramp Generator
and circuits for time stamp
the pixel architecture and the layout
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大本・今村
PD Pre-amp
RST STORE1 STORE2
Multi-buffer
READ1 COL_OUT
ピクセル回路への追加予定
READ2
大本・今村
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Circuit layer SiO2 layer Sensor layer 50um 0.2um 0.04um 20um Vbias
10um 60um
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Circuit layer(SiO2) SiO2 layer Sensor layer Vbias
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sofist1_2D_woMOS_wBPW14u_20151216#2_dis.dists0.Elec 1.00e+03 1.57e+05 2.46e+07 3.86e+09 6.06e+11 9.50e+13 [ cm^−3 ]13
10 20 30 40 50 5 10Probe_Xm10_Ym0c0tom50c0.dat
10 20 30 40 50 1 10 2 10Probe_Xm0_Ym0c0tom50c0.dat
10 20 30 40 50 5 10Probe_X10_Ym0c0tom50c0.dat
10 20 30 40 50 1 10 2 10Probe_X20_Ym0c0tom50c0.dat
10 20 30 40 50 5 10Probe_X30_Ym0c0tom50c0.dat
10 20 30 40 50 1 10 2 10Probe_X40_Ym0c0tom50c0.dat
10 20 30 40 50 5 10Probe_X50_Ym0c0tom50c0.dat
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Circuit layer SiO2 layer Sensor layer Vbias
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−10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
V VBack
1e−15 1e−14 1e−13 1e−12 1e−11 1e−10 1e−09 1e−08 1e−07 1e−06 1e−05 0.0001 0.001
A IDrain
GraphIV2
::2D_NFZ50um_NIO_Tr_backgate_dtr10um_cur.Condition0−VBack−IDrain ::2D_NFZ50um_NIO_Tr_backgate_dtr10um_BPW_cur.Condition0−VBack−IDrain
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−10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110V VBack
0.0 5.0e−14 1.0e−13 1.5e−13 2.0e−13A IDrain
GraphIV17
−2.0um −1.5um −0.5um 0.0um 0.5um 1.0um 1.5um 2.0um 3.0um
<— on the edge of BPW <— on the center between 2 Psubs
10 − 10 20 30 40 50 2 4 6 8 10 12 14
Graph
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Vbias = 50V
+ + +
20
sofist1_2D_woMOS_wBPW14u_charge_collection_TRAN_X0c0_dis.dists8.Elec 1.00e+02 1.20e+04 1.44e+06 1.73e+08 2.08e+10 2.50e+12 [ cm^−3 ] sofist1_2D_woMOS_wBPW14u_charge_collection_TRAN_X0c0_dis.dists6.Elec 1.00e+02 1.20e+04 1.44e+06 1.73e+08 2.08e+10 2.50e+12 [ cm^−3 ] sofist1_2D_woMOS_wBPW14u_charge_collection_TRAN_X0c0_dis.dists4.Elec 1.00e+03 1.11e+05 1.24e+07 1.37e+09 1.53e+11 1.70e+13 [ cm^−3 ] sofist1_2D_woMOS_wBPW14u_charge_collection_TRAN_X0c0_dis.dists2.Elec 1.00e+03 1.15e+05 1.32e+07 1.52e+09 1.74e+11 2.00e+13 [ cm^−3 ] sofist1_2D_woMOS_wBPW14u_charge_collection_TRAN_X0c0_dis.dists1.Elec 1.00e+02 1.20e+04 1.44e+06 1.73e+08 2.08e+10 2.50e+12 [ cm^−3 ]21
−1e−15 1e−14 1e−13 1e−12 1e−11 1e−10 1e−09 1e−08 1e−07 1e−06 s TIME−2.e−06 −1.e−06 0. 1.e−06 2.e−06 3.e−06 A IBack
I vs TIME IBack IPsub11 IPsub12 IPsub13
Time [s] I [A] 1e-6 1e-7 1e-8 1e-9 1e-11 1e-10 1e-12 1e-13
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Table 1
Qback Ql Qc Qr X x0 4.00636E-16 4.38924E-18 4.09409E-16 4.38924E-18 2.12144E-01 x3 4.00654E-16 5.33682E-18 4.09619E-16 3.62904E-18 2.57224E-01 x5 4.00685E-16 4.42831E-18 4.08315E-16 3.20338E-18 2.14579E-01 x6 4.00702E-16 5.65918E-19 4.04304E-16 3.03817E-18 2.79555E-02 x7 4.00733E-16 1.47268E-17 3.88854E-16 2.85009E-18 7.29807E-01 x8 4.00767E-16 4.38866E-17 3.59591E-16 2.7132E-18 2.17542E+00 x9 4.00794E-16 1.15959E-16 2.87381E-16 2.54875E-18 5.74994E+00 x10 4.00798E-16 1.99087E-16 2.0413E-16 2.42163E-18 9.87493086849017E+00 x11 4.00789E-16 2.84951E-16 1.18128E-16 2.29377E-18 1.41387E+01 x12 4.00765E-16 3.55496E-16 4.74216E-17 2.15469E-18 1.76461E+01 x13 4.0073E-16 3.86781E-16 1.59852E-17 2.03797E-18 1.92062E+01 x14 4.00702E-16 4.01494E-16 1.12891E-18 1.92273E-18 1.99439E+01 x15 4.00686E-16 4.0614E-16 3.63175E-18 1.83095E-18 1.98227427830249E+01 x16 4.00671E-16 4.0739E-16 4.98459E-18 1.73691E-18 1.97582494110512E+01 x17 4.00659E-16 4.07336E-16 5.01789E-18 1.66121E-18 1.97566E+01 x18 4.0065E-16 4.07074E-16 4.83419E-18 1.59224E-18 1.97653E+01 x19 4.00642E-16 4.06775E-16 4.60951E-18 1.52501E-18 1.97759E+01 x20 4.00635E-16 4.065E-16 4.40007E-18 1.4677E-18 1.97858325991524E+01
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0.0
the layout)
and all transistors on the circuit layer works well.
talk
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AcVve$area$ 6250(H)×500(V) pixels$
10mm
8bit$ADC$×$6250ch$ (TBD)$Digital$memory$(SRAM?) Controller$ (Timing/Readout/Memory/Output) Data$transmission$interface Data$output$(parallel?)
??mm
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Csensor Cf RST_V Vin Vout
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Vout[V]
0.25 0.5 0.75
Vin [V]
0.175 0.35 0.525 0.7
Vout [V]
0.15 0.3 0.45 0.6
Vin [V]
0.1 0.2 0.3 0.4
y = 1.8152x - 0.0005 R² = 0.9999
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各Psubに収集された電荷量
Qback Ql Qc Qr X x0 4.00636E-16 4.38924E-18 4.09409E-16 4.38924E-18 2.12144E-01 x5 4.00685E-16 4.42831E-18 4.08315E-16 3.20338E-18 2.14579E-01 x6 4.00702E-16 5.65918E-19 4.04304E-16 3.03817E-18 2.79555E-02 x7 4.00733E-16 1.47268E-17 3.88854E-16 2.85009E-18 7.29807E-01 x8 4.00767E-16 4.38866E-17 3.59591E-16 2.7132E-18 2.17542E+00 x9 4.00794E-16 1.15959E-16 2.87381E-16 2.54875E-18 5.74994E+00 x10 4.00798E-16 1.99087E-16 2.0413E-16 2.42163E-18 9.87493086849017E+00 x20 4.00635E-16 4.065E-16 4.40007E-18 1.4677E-18 1.97858325991524E+01