Humidity sensitivity of large area silicon sensors: Study and implications
Humidity sensitivity of large area silicon sensors: Study and implications
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大面积硅传感器的湿度灵敏度：研究和影响
DOI：
10.1016/j.nima.2020.164406
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Fernández-Tejero J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fernández-Tejero J
大面积传感器的生产是ATLAS合作开发新型内跟踪器全硅探测器所面临的主要挑战之一。在高光度大型强子对撞机升级的原型制造阶段，几个ATLAS研究所观察到大面积传感器的湿度灵敏度指标，即使在远低于露点的相对湿度下也是如此。具体地说，在高相对湿度下工作时，在6英寸晶片中制造的原型筒状和端盖硅条传感器表现出击穿电压的迅速降低，从而对传感器的性能产生不利影响。除了对这些原型传感器的研究外，还研究了一种特殊钝化的特定制造批次，以便更深入地了解相关机制。这项工作对大面积传感器的这种行为进行了广泛的研究。利用不同的红外热像技术，揭示了高湿度下击穿电压下的热点位置。尝试了几种姑息治疗方法，证明了传感器的清洗方法以及烘烤方法对器件性能的影响，但并未改善湿度灵敏度。此外，还对不同批次的灵敏度的发生率进行了研究，引入了与传感器边缘设计相关的湿度灵敏度的来源以及钝化厚度和一致性的假设。为了最大限度地减少湿度敏感性对用于高能物理实验的大面积硅传感器性能的影响，本研究提出了在传感器生产和组装过程中应采取的几项措施。
The production of large area sensors is one of the main challenges that the ATLAS collaboration faces for the new Inner-Tracker full-silicon detector. During the prototype fabrication phase for the High Luminosity Large Hadron Collider upgrade, several ATLAS institutes observed indications of humidity sensitivity of large area sensors, even at relative humidities well below the dew point. Specifically, prototype Barrel and End-Cap silicon strip sensors fabricated in 6-inch wafers manifest a prompt decrease of the breakdown voltage when operating under high relative humidity, adversely affecting the performance of the sensors. In addition to the investigation of these prototype sensors, a specific fabrication batch with special passivation is also studied, allowing for a deeper understanding of the responsible mechanisms.This work presents an extensive study of this behaviour on large area sensors. The locations of the hotspots at the breakdown voltage at high humidity are revealed using different infrared thermography techniques. Several palliative treatments are attempted, proving the influence of sensor cleaning methods, as well as baking, on the device performance, but no improvement on the humidity sensitivity was achieved. Furthermore, a study of the incidence of the sensitivity in different batches is also presented, introducing a hypothesis of the origins of the humidity sensitivity associated to the sensor edge design, together with passivation thickness and conformity. Several actions to be taken during sensor production and assembly are extracted from this study, in order to minimize the impact of humidity sensitivity on the performance of large area silicon sensors for High Energy Physics experiments.
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DOI：
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Helling C
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