Abstract
The degradation of signal in silicon sensors is studied under conditions expected at the CERN High-Luminosity LHC. 200μm thick n-type silicon sensors are irradiated with protons of different energies to fluences of up to 3 · 1015 neq/cm2. Pulsed red laser light with a wavelength of 672 nm is used to generate electron-hole pairs in the sensors. The induced signals are used to determine the charge collection efficiencies separately for electrons and holes drifting through the sensor. The effective trapping rates are extracted by comparing the results to simulation. The electric field is simulated using Synopsys device simulation assuming two effective defects. The generation and drift of charge carriers are simulated in an independent simulation based on PixelAV. The effective trapping rates are determined from the measured charge collection efficiencies and the simulated and measured time-resolved current pulses are compared. The effective trapping rates determined for both electrons and holes are about 50% smaller than those obtained using standard extrapolations of studies at low fluences and suggest an improved tracker performance over initial expectations.
| Original language | English (US) |
|---|---|
| Article number | P04023 |
| Journal | Journal of Instrumentation |
| Volume | 11 |
| Issue number | 4 |
| DOIs | |
| State | Published - Apr 22 2016 |
Bibliographical note
Funding Information:The research leading to these results has received funding from the European Commission under the FP7 Research Infrastructures project AIDA, grant agreement no. 262025. The information herein only reflects the views of its authors and not those of the European Commission and no warranty expressed or implied is made with regard to such information or its use. Support was also provided by the Helmholtz Alliance “Physics at the Terascale” and the German Ministry of Science, BMBF, through the Forschungsschwerpunkt “Particle Physics with the CMS-Experiment”. The measurements presented in this document have been performed at the University of Hamburg.
Publisher Copyright:
© CERN 2016.
Keywords
- Charge transport
- Detector modelling and simulations II (electric fields
- Electron emission
- Etc)
- Multiplication and induction
- Pulse formation
- Radiation damage to detector materials (solid state)
- Radiation-hard detectors
- Si microstrip and pad detectors
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Dive into the research topics of 'Trapping in proton irradiated p+-n-n+ silicon sensors at fluences anticipated at the HL-LHC outer tracker'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
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Trapping in proton irradiated p+-n-n+ silicon sensors at fluences anticipated at the HL-LHC outer tracker. / Adam, W.; Bergauer, T.; Dragicevic, M. et al.
In: Journal of Instrumentation, Vol. 11, No. 4, P04023, 22.04.2016.Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
}
TY - JOUR
T1 - Trapping in proton irradiated p+-n-n+ silicon sensors at fluences anticipated at the HL-LHC outer tracker
AU - Adam, W.
AU - Bergauer, T.
AU - Dragicevic, M.
AU - Friedl, M.
AU - Fruehwirth, R.
AU - Hoch, M.
AU - Hrubec, J.
AU - Krammer, M.
AU - Treberspurg, W.
AU - Waltenberger, W.
AU - Alderweireldt, S.
AU - Beaumont, W.
AU - Janssen, X.
AU - Luyckx, S.
AU - Van Mechelen, P.
AU - Van Remortel, N.
AU - Van Spilbeeck, A.
AU - Barria, P.
AU - Caillol, C.
AU - Clerbaux, B.
AU - De Lentdecker, G.
AU - Dobur, D.
AU - Favart, L.
AU - Grebenyuk, A.
AU - Lenzi, Th
AU - Léonard, A.
AU - Maerschalk, Th
AU - Mohammadi, A.
AU - Perniè, L.
AU - Randle-Conde, A.
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AU - Seva, T.
AU - Thomas, L.
AU - Vander Velde, C.
AU - Vanlaer, P.
AU - Wang, J.
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AU - D'Hondt, J.
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AU - Keaveney, J.
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AU - Python, Q.
AU - Tavernier, S.
AU - Van Mulders, P.
AU - Van Onsem, G.
AU - Van Parijs, I.
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AU - Nuttens, C.
AU - Perrini, L.
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AU - Caebergs, T.
AU - Daubie, E.
AU - Hammad, G. H.
AU - Härkönen, J.
AU - Lampén, T.
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AU - Tuovinen, E.
AU - Eerola, P.
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AU - Conte, E.
AU - Fontaine, J. Ch
AU - Andrea, J.
AU - Bloch, D.
AU - Bonnin, C.
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AU - Chabert, E.
AU - Charles, L.
AU - Goetzmann, Ch
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AU - Ostapchuk, A.
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AU - Preuten, M.
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AU - Perieanu, A.
AU - Poehlsen, J.
AU - Poehlsen, T.
AU - Scharf, Ch
AU - Schleper, P.
AU - Schmidt, A.
AU - Sola, V.
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AU - Barvich, T.
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AU - Boegelspacher, F.
AU - De Boer, W.
AU - Butz, E.
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AU - Hartmann, F.
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AU - Kornmeyer, A.
AU - Mallows, S.
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AU - Steck, P.
AU - Weber, M.
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AU - Bhardwaj, A.
AU - Kumar, A.
AU - Kumar, A.
AU - Ranjan, K.
AU - Bakhshiansohl, H.
AU - Behnamian, H.
AU - Khakzad, M.
AU - Naseri, M.
AU - Cariola, P.
AU - De Robertis, G.
AU - Fiore, L.
AU - Franco, M.
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AU - Sala, G.
AU - Silvestris, L.
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AU - Gallo, E.
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AU - Tropiano, A.
AU - Viliani, L.
AU - Ferro, F.
AU - Robutti, E.
AU - Lo Vetere, M.
AU - Gennai, S.
AU - Malvezzi, S.
AU - Menasce, D.
AU - Moroni, L.
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AU - Azzi, P.
AU - Bacchetta, N.
AU - Bisello, D.
AU - Dall'Osso, M.
AU - Dorigo, T.
AU - Giubilato, P.
AU - Pozzobon, N.
AU - Tosi, M.
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AU - Gaioni, L.
AU - Manghisoni, M.
AU - Nodari, B.
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AU - Traversi, G.
AU - Comotti, D.
AU - Ratti, L.
AU - Bilei, G. M.
AU - Bissi, L.
AU - Checcucci, B.
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AU - Storchi, L.
AU - Biasini, M.
AU - Conti, E.
AU - Ciangottini, D.
AU - Fanò, L.
AU - Lariccia, P.
AU - Mantovani, G.
AU - Passeri, D.
AU - Placidi, P.
AU - Salvatore, M.
AU - Santocchia, A.
AU - Solestizi, L. A.
AU - Spiezia, A.
AU - Androsov, K.
AU - Azzurri, P.
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AU - Basti, A.
AU - Boccali, T.
AU - Bosi, F.
AU - Castaldi, R.
AU - Ciampa, A.
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AU - Grippo, M. T.
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AU - Mazzoni, E.
AU - Minuti, M.
AU - Moggi, A.
AU - Moon, C. S.
AU - Morsani, F.
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AU - Palmonari, F.
AU - Raffaelli, F.
AU - Savoy-Navarro, A.
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AU - Spagnolo, P.
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AU - Venturi, A.
AU - Verdini, P. G.
AU - Martini, L.
AU - Messineo, A.
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AU - Monteil, E.
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AU - Daguin, J.
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AU - D'Auria, A.
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AU - Harris, P.
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AU - Kornmayer, A.
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AU - Mannelli, M.
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AU - Stoye, M.
AU - Tropea, P.
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AU - Tsirou, A.
AU - Vasey, F.
AU - Vichoudis, P.
AU - Verlaat, B.
AU - Zwalinski, L.
AU - Bachmair, F.
AU - Becker, R.
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AU - Di Calafiori, D.
AU - Casal, B.
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AU - Donega, M.
AU - Dünser, M.
AU - Eller, P.
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AU - Lustermann, W.
AU - Mangano, B.
AU - Marionneau, M.
AU - Martinez Ruiz Del Arbol, P.
AU - Masciovecchio, M.
AU - Perrozzi, L.
AU - Roeser, U.
AU - Rossini, M.
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AU - Takahashi, M.
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AU - Erdmann, W.
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AU - Kaestli, H. C.
AU - Kotlinski, D.
AU - Langenegger, U.
AU - Meier, B.
AU - Rohe, T.
AU - Streuli, S.
AU - Chen, P. H.
AU - Dietz, C.
AU - Grundler, U.
AU - Hou, W. S.
AU - Lu, R. S.
AU - Moya, M.
AU - Wilken, R.
AU - Cussans, D.
AU - Flacher, H.
AU - Goldstein, J.
AU - Grimes, M.
AU - Jacob, J.
AU - Seif El Nasr-Storey, S.
AU - Cole, J.
AU - Hobson, P.
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AU - Teodorescu, L.
AU - Bainbridge, R.
AU - Dauncey, P.
AU - Fulcher, J.
AU - Hall, G.
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AU - Pesaresi, M.
AU - Raymond, D. M.
AU - Uchida, K.
AU - Coughlan, J. A.
AU - Harder, K.
AU - Ilic, J.
AU - Tomalin, I. R.
AU - Garabedian, A.
AU - Heintz, U.
AU - Narain, M.
AU - Nelson, J.
AU - Sagir, S.
AU - Speer, T.
AU - Swanson, J.
AU - Tersegno, D.
AU - Watson-Daniels, J.
AU - Chertok, M.
AU - Conway, J.
AU - Conway, R.
AU - Flores, C.
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AU - Ricci-Tam, F.
AU - Squires, M.
AU - Thomson, J.
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AU - Burt, K.
AU - Ellison, J.
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AU - Olmedo, M.
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AU - Yagil, A.
AU - Zevi Della Porta, G.
AU - Dutta, V.
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AU - Incandela, J.
AU - Kyre, S.
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AU - Mullin, S.
AU - White, D.
AU - Cumalat, J. P.
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AU - Stenson, K.
AU - Wagner, S. R.
AU - Baldin, B.
AU - Bolla, G.
AU - Burkett, K.
AU - Butler, J.
AU - Cheung, H.
AU - Chramowicz, J.
AU - Christian, D.
AU - Cooper, W. E.
AU - Deptuch, G.
AU - Derylo, G.
AU - Gingu, C.
AU - Gruenendahl, S.
AU - Hasegawa, S.
AU - Hoff, J.
AU - Howell, J.
AU - Hrycyk, M.
AU - Jindariani, S.
AU - Johnson, M.
AU - Jung, A.
AU - Joshi, U.
AU - Kahlid, F.
AU - Lei, C. M.
AU - Lipton, R.
AU - Liu, T.
AU - Los, S.
AU - Matulik, M.
AU - Merkel, P.
AU - Nahn, S.
AU - Prosser, A.
AU - Rivera, R.
AU - Shenai, A.
AU - Spiegel, L.
AU - Tran, N.
AU - Uplegger, L.
AU - Voirin, E.
AU - Yin, H.
AU - Adams, M. R.
AU - Berry, D. R.
AU - Evdokimov, A.
AU - Evdokimov, O.
AU - Gerber, C. E.
AU - Hofman, D. J.
AU - Kapustka, B. K.
AU - O'Brien, C.
AU - Sandoval Gonzalez, D. I.
AU - Trauger, H.
AU - Turner, P.
AU - Parashar, N.
AU - Stupak, J.
AU - Bortoletto, D.
AU - Bubna, M.
AU - Hinton, N.
AU - Jones, M.
AU - Miller, D. H.
AU - Shi, X.
AU - Tan, P.
AU - Baringer, P.
AU - Bean, A.
AU - Benelli, G.
AU - Gray, J.
AU - Majumder, D.
AU - Noonan, D.
AU - Sanders, S.
AU - Stringer, R.
AU - Ivanov, A.
AU - Makouski, M.
AU - Skhirtladze, N.
AU - Taylor, R.
AU - Anderson, I.
AU - Fehling, D.
AU - Gritsan, A.
AU - Maksimovic, P.
AU - Martin, C.
AU - Nash, K.
AU - Osherson, M.
AU - Swartz, M.
AU - Xiao, M.
AU - Acosta, J. G.
AU - Cremaldi, L. M.
AU - Oliveros, S.
AU - Perera, L.
AU - Summers, D.
AU - Bloom, K.
AU - Bose, S.
AU - Claes, D. R.
AU - Dominguez, A.
AU - Fangmeier, C.
AU - Gonzalez Suarez, R.
AU - Meier, F.
AU - Monroy, J.
AU - Hahn, K.
AU - Sevova, S.
AU - Sung, K.
AU - Trovato, M.
AU - Bartz, E.
AU - Duggan, D.
AU - Halkiadakis, E.
AU - Lath, A.
AU - Park, M.
AU - Schnetzer, S.
AU - Stone, R.
AU - Walker, M.
AU - Malik, S.
AU - Mendez, H.
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AU - Alyari, M.
AU - Dolen, J.
AU - George, J.
AU - Godshalk, A.
AU - Iashvili, I.
AU - Kaisen, J.
AU - Kharchilava, A.
AU - Kumar, A.
AU - Rappoccio, S.
AU - Alexander, J.
AU - Chaves, J.
AU - Chu, J.
AU - Dittmer, S.
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AU - Ryd, A.
AU - Salvati, E.
AU - Skinnari, L.
AU - Thom, J.
AU - Thompson, J.
AU - Tucker, J.
AU - Winstrom, L.
AU - Akgün, B.
AU - Ecklund, K. M.
AU - Nussbaum, T.
AU - Zabel, J.
AU - Betchart, B.
AU - Covarelli, R.
AU - Demina, R.
AU - Hindrichs, O.
AU - Petrillo, G.
AU - Eusebi, R.
AU - Osipenkov, I.
AU - Perloff, A.
AU - Ulmer, K. A.
AU - Delannoy, A. G.
AU - D'Angelo, P.
AU - Johns, W.
N1 - Funding Information: The research leading to these results has received funding from the European Commission under the FP7 Research Infrastructures project AIDA, grant agreement no. 262025. The information herein only reflects the views of its authors and not those of the European Commission and no warranty expressed or implied is made with regard to such information or its use. Support was also provided by the Helmholtz Alliance “Physics at the Terascale” and the German Ministry of Science, BMBF, through the Forschungsschwerpunkt “Particle Physics with the CMS-Experiment”. The measurements presented in this document have been performed at the University of Hamburg. Publisher Copyright: © CERN 2016.
PY - 2016/4/22
Y1 - 2016/4/22
N2 - The degradation of signal in silicon sensors is studied under conditions expected at the CERN High-Luminosity LHC. 200μm thick n-type silicon sensors are irradiated with protons of different energies to fluences of up to 3 · 1015 neq/cm2. Pulsed red laser light with a wavelength of 672 nm is used to generate electron-hole pairs in the sensors. The induced signals are used to determine the charge collection efficiencies separately for electrons and holes drifting through the sensor. The effective trapping rates are extracted by comparing the results to simulation. The electric field is simulated using Synopsys device simulation assuming two effective defects. The generation and drift of charge carriers are simulated in an independent simulation based on PixelAV. The effective trapping rates are determined from the measured charge collection efficiencies and the simulated and measured time-resolved current pulses are compared. The effective trapping rates determined for both electrons and holes are about 50% smaller than those obtained using standard extrapolations of studies at low fluences and suggest an improved tracker performance over initial expectations.
AB - The degradation of signal in silicon sensors is studied under conditions expected at the CERN High-Luminosity LHC. 200μm thick n-type silicon sensors are irradiated with protons of different energies to fluences of up to 3 · 1015 neq/cm2. Pulsed red laser light with a wavelength of 672 nm is used to generate electron-hole pairs in the sensors. The induced signals are used to determine the charge collection efficiencies separately for electrons and holes drifting through the sensor. The effective trapping rates are extracted by comparing the results to simulation. The electric field is simulated using Synopsys device simulation assuming two effective defects. The generation and drift of charge carriers are simulated in an independent simulation based on PixelAV. The effective trapping rates are determined from the measured charge collection efficiencies and the simulated and measured time-resolved current pulses are compared. The effective trapping rates determined for both electrons and holes are about 50% smaller than those obtained using standard extrapolations of studies at low fluences and suggest an improved tracker performance over initial expectations.
KW - Charge transport
KW - Detector modelling and simulations II (electric fields
KW - Electron emission
KW - Etc)
KW - Multiplication and induction
KW - Pulse formation
KW - Radiation damage to detector materials (solid state)
KW - Radiation-hard detectors
KW - Si microstrip and pad detectors
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85023209584&partnerID=8YFLogxK
UR - http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=85023209584&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1088/1748-0221/11/04/P04023
DO - 10.1088/1748-0221/11/04/P04023
M3 - Article
AN - SCOPUS:85023209584
SN - 1748-0221
VL - 11
JO - Journal of Instrumentation
JF - Journal of Instrumentation
IS - 4
M1 - P04023
ER -