soi 技術を用いた pixel 検出器の開発 (1)
DESCRIPTION
SOI 技術を用いた pixel 検出器の開発 (1). 日本物理学会第 62 回年次大会 小野峻，三枝裕司，石野宏和，新井康夫，田内一弥，坪山透 , Gary Varner, Elena Martin, Michael Cooney その他 ＳＯＩ検出器開発グループ 東京工業大学 , 高エネルギー加速器研究機構 (KEK), University of Hawaii. SOI Pixel Detector R&D group. [ 参加メンバー ] KEK: 海野義信、寺田進、池上陽一、坪山透、羽澄昌史、高力孝、新井康夫 新潟大学： 川崎健夫 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
SOI技術を用いたpixel検出器の開発 (1)
日本物理学会第 62 回年次大会
小野峻，三枝裕司，石野宏和，新井康夫，田内一弥，坪山透 , Gary Varner, Elena Martin, Michael Cooney
その他 ＳＯＩ検出器開発グループ
東京工業大学 , 高エネルギー加速器研究機構 (KEK), University of Hawaii
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 2
SOI Pixel Detector R&D group
[ 参加メンバー ]• KEK: 海野義信、寺田進、池上陽一、坪山透、
羽澄昌史、高力孝、新井康夫• 新潟大学： 川崎健夫• 筑波大学： 原和彦、三宅秀樹、望月亜衣 • 東京工業大学： 石野宏和、小野峻、三枝裕司• JAXA ： 池田博一• U. of Hawaii: Gary Varner, Elena Martin, James
Worley Kennedy • SLAC : Hiro Tajima
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 3
目次
• 研究目的• SOI 、 SOI pixel detector
• INTPIX pixel detector
• COBI interface board
• DAQ システム• データ収集• Summary
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 4
研究目的
• INTPIX SOI pixel detector の評価1. COBI を使用した USB による検出器制御2. DAQ システムの構築3. データの読み出し、撮像
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 5
Silicon On Insulator (SOI)
• ２種類の抵抗値の異なるシリコンウェハを絶縁膜を通して張り合わせる技術
• 一方にトランジスタを形成し、浮遊容量を減らして回路の高性能化を図る
• 長所– 回路の高速化、低消費電力、 latch up を防ぐ、低い
leak current 、低コスト
SOI トランジスタ
2 種のウェハそれぞれをセンサー・回路部分として、一体型 pixel 検出器を開発2 種のウェハそれぞれをセンサー・回路部分として、一体型 pixel 検出器を開発
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 6
SOI pixel detector
SOI pixel detector の特徴1. Monolithic( 一体型 ) 検出器
• センサーそのものの厚みを薄くできる2. センサー、回路部で異なる抵抗のシリコンウェハを使
用• 完全空乏化による高い電荷収集効率と複雑な CMOS 回路の両
立3. センサー、回路間の浮遊容量が少ない
• S/N の向上4. トランジスタが完全分離
• Leak current の減少• 高い放射線耐性
Super B などの次世代の加速器実験における有望な候補
Super B などの次世代の加速器実験における有望な候補
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 7
INTPIX
INTPIX detector1. SOI 0.15m process2. Chip size: 5.0mm X 5.0mm3. Pixel size: 20m X 20m4. 128 X 128 pixels5. Bulk: n-type 、6. 厚み 350m7. Readout: 電荷積分型
INTPIX block diagram
INTPIX 断面図
•今回は INTPIX の back 側から 8Vの bias 電圧を印加 ( 空乏層 : 約20m)
•pixel の address 指定を行いひとつのラインからシリアルで読み出していく
•Reset シグナルを送ることで pixel出力を reset させる
•今回は INTPIX の back 側から 8Vの bias 電圧を印加 ( 空乏層 : 約20m)
•pixel の address 指定を行いひとつのラインからシリアルで読み出していく
•Reset シグナルを送ることで pixel出力を reset させる
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 8
• Compound Operational Board Interface– Hawaii 大学で開発– PC 側と INTPIX 検出器の間を接続する。– PC 側との接続は USB を経由し、検出器の制御および信号の読
み出しが可能。– FPGA を搭載、制御部分を VHDL にて記述
• 今回は検出器の制御 (address 指定、 reset) のみをVHDL にて記述し、実験を行っている
COBI
USB
FPGA
INTPIX
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 9
DAQ system
PC
COBI INTPIXUSB
CAMAC crate(PH-ADC, Output reg)
Output signal
• PC より、 INTPIX の reset を送り、その後 pixel のアドレスを順次変えて (128 x 128) 、 ph-ADC を使用しシリアルで読み出す。
• Signal の読み出しタイミングは PC から、 CAMAC のoutput register を使用して送り出す。
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 10
Readout signal (Oscilloscope)
1 つの pixel からの読み出し信号を oscilloscope で観測
reset
Pixel output Pixel output
reset
Readout signal ( 光源無し ) Readout signal ( 光源あり )
飽和状態
各 pixel からの output 確認リセットにより、 output が offset へ戻る各 pixel からの output 確認リセットにより、 output が offset へ戻る
offset
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 11
Readout signal (ph-ADC)
Pixel output ( 光源無し )
Offset 2D plotOffset 分布
飽和状態
Pixel が未調整であるためPreliminary なデータを表示
Pixel が未調整であるためPreliminary なデータを表示
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 12
Readout signal with mask
• Pixel output with mask( 光源 : レーザーポインタ )
Raw data signal(Raw data – offset) signal
Offset signal
Pixel が未調整であるためPreliminary なデータを表示
Pixel が未調整であるためPreliminary なデータを表示
2007/9/22 62日本物理学会第 回年次大会 13
Summary
• INTPIX pixel detector の評価• COBI を使用し USB 経由で検出器の制御を行い、
DAQ システムを構築• INTPIX のデータ読み出し、 mask を使用した撮
像
• 今後の予定– DAQ システムの改良、高速化 (USB による読み出し等 )
– KEK富士ビームラインでのビームテストによる評価 (位置分解能、 S/N等 )