Development of Fine-pitch Silicon Strip Detector for Precise CP Violation Measurement in B Meson Decays

开发用于精确测量 B 介子衰变中 CP 破坏的细间距硅条探测器

• 批准号: 19H01912
• 负责人: 中村 克朗
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H01912/
• 关键词: 半導体検出器; シリコン検出器; DSSD; ASIC; シリコン; ストリップ; SSD

本研究は、超高輝度加速器を用いた素粒子フレーバー物理実験であるBelle II実験において、将来の加速器性能向上を見据えたシリコン崩壊点位置検出器のアッ プグレード計画として、薄型挟ピッチの両面読み出しシリコンストリップ検出器を新たに開発することが目的となる。この研究目的のために、厚み150um以下・ス トリップピッチ50umを持つセンサー、およびノイズ1000e-以下・信号時間幅60ns程度の読み出しASICの開発が目標となる。２０２１年度は読み出しASIC試作品の性能評価試験を行なった。まずは性能評価のための試験基板を設計・開発した。加えて、市販のFPGA評価基板を用いて試験基板とPCとの間を仲介しSNAP128の制御とデータ収集を担う回路を開発し、このファームウェアの設計を行なった。これにより、PCによる読み出しASICのシェーパー出力波形・ゲイン・ノイズ測定を可能にした。測定した結果から、波形成形後の信号時間幅はシミュレーションでの予想とほぼ一致しており、約60nsであることを確認した。測定された時間幅は要求値を満たしている。一方、ゲインに相当する波高はシミュレーションの70%程度となっていることを確認した。こちらは検出器での運転には許容範囲内である。さらにゲイン・ノイズの検出器容量依存性も測定した。検出器容量として想定されるのは約15pFである。ゲインはシェーパー出力波形の結果で示したようにシミュレーションに対して約70％となっている。ノイズの結果は、検出器容量が15pFのもので、約1200e-となった。これはまだ要求値1000e-を満たしていない。ノイズの改善策としては、１つ目に評価基板の配線上の寄生容量の理解があげられる。これにより検出器容量を過小評価していると思われる。２つ目にシェーパー時定数やセンサーサイズ（ストリップ長）を変更することも検討する。

This study aims to improve the performance of ultra-high-brightness accelerators by developing a new type of accelerator based on Belle II physics. The purpose of this study is to achieve a maximum thickness of 150um or less, a maximum thickness of 50um or less, a maximum signal amplitude of 60ns or less, and an ASIC development goal. The performance evaluation of ASIC test works in 2021 will be conducted. Design and development of test substrates for performance evaluation Add, market FPGA evaluation board application test board and PC between the intermediary SNAP128 control and collection of circuit development, the design of the circuit The output waveform of the ASIC can be measured by the PC. The measurement results show that the signal amplitude after waveform shaping is about 60ns. The measurement of the time frame The wave height of a party is equivalent to 70% of the wave height of a party.こちらは検出器での运転には许容范囲内である。Measurement of the capacity dependence of the detector The output capacity is about 15pF. The results of the power waveform show that about 70% of the power waveform is generated. As a result, the detector capacity is up to 15pF, about 1200e-. This is a request for 1000e-0. The improvement strategy of the system is to evaluate the understanding of parasitic capacity on the wiring of the substrate. The capacity of the device is too small to be evaluated. 2. The number of items to be selected is determined by the number of items to be selected.

项目成果

Vertex detector at Belle II: present & future

Belle II 的顶点探测器：存在

• 发表时间: 2021
• 作者: Zihan Wang (王 子涵);中村 克朗;中村 克朗;中村 克朗;中村 克朗
• 通讯作者: 中村 克朗

Development of the thin and fine-pitch silicon strip detector aiming for the Belle II upgrade

开发薄型、细间距硅条探测器，瞄准Belle II升级

• 发表时间: 2021
• 作者: Zihan Wang (王 子涵);中村 克朗;中村 克朗;中村 克朗;中村 克朗;中村 克朗
• 通讯作者: 中村 克朗

Performance evaluation of newly developed front-end ASIC and DSSD sensor for upgrade of Belle II Silicon Vertex Detector

用于升级Belle II硅顶点探测器的新开发前端ASIC和DSSD传感器的性能评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Zihan Wang (王 子涵)

Belle II 崩壊点位置検出器(VXD)アップグレード

Belle II 塌陷点定位探测器 (VXD) 升级

• 发表时间: 2021
• 作者: Zihan Wang (王 子涵);中村 克朗
• 通讯作者: 中村 克朗

Upgrade of the Belle II Vertex Detector

Belle II 顶点探测器的升级

• 发表时间: 2021
• 作者: Zihan Wang (王 子涵);中村 克朗;中村 克朗
• 通讯作者: 中村 克朗