Humidity Studies on ATLAS ITk Strip Sensors

Siliziumstreifensensoren, die für das ATLAS Inner Tracker Upgrade entwickelt wurden, haben eine starke Abhängigkeit der Durchbruchsspannung von der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) gezeigt. Die Lösung für diese Feuchtigkeitsempfindlichkeit bestand bisher darin, die Sensoren in einer trockenen Umgebung (Rh < 10 %) zu lagern und zu testen. Dadurch werden die Auswirkungen der Feuchtigkeit gemildert, aber es wird nicht versucht, das zugrunde liegende Problem zu verstehen. Um die Feuchtigkeitsempfindlichkeit des Siliziumstreifensensors zu verstehen, wurden Siliziumdioden aus dem gleichen Wafer wie der Streifensensor mit Hilfe von Technology Computer-Aided Design (TCAD) von Synopsys und der Top-Transient Current Technique (Top-TCT) untersucht. Die Siliziumdioden wurden mit einer Prüfstation charakterisiert. Die volle Verarmungsspannung, die aktive Dicke und die effektive Silizium-Dotierungskonzentration wurden aus Kapazitäts-Spannungs-Messungen (CV) abgeleitet. TCAD-Simulationen für verschiedene Werte der relativen Luftfeuchtigkeit (0 %, 30 % und 40 %) wurden bei einer hohen Vorspannung (900 V) durchgeführt, um das elektrische Feld, den Ladungstransport und das Einsetzen des frühen Durchbruchs unter feuchten Bedingungen zu untersuchen. TCAD erwies sich als nützliches Werkzeug zur Bewertung der Auswirkungen von Passivierungsöffnungen auf den Leckstrom und den Oberflächenladungstransport in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit. Zum ersten Mal wurde die Top-Transient-Current-Technik verwendet, um den Ladungstransport in der Schutzringregion von Siliziumdioden aus demselben Wafer wie der ATLAS-Streifensensor zu untersuchen, indem lokalisierte freie Ladungsträger nahe der Oberfläche mit Pikosekundenpulsen von rotem Laserlicht erzeugt wurden. Die induzierten transienten Ströme wurden in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit und der Vorspannung gemessen, um festzustellen, wie diese Faktoren den Promptstrom und das Ladungsprofil beeinflussen.