Apparaturen zum Test von Sensoren, Chips und Teststrukturen
In unseren Reinräumen betreiben wir verschiedene Messapparaturen zur elektrischen Charakterisierung von Siliziumdetektoren. Diese sogenannten "Probe Stations" sind ein bewährtes Werkzeug für die Prüfung von Schaltungen und Bauteilen auf Siliziumwafern oder offenen Mikrochips. Unsere Setups wurden durch die institutseigene Werkstätte konstruiert und gebaut und sind daher optimal auf den Test von Siliziumdetektoren ausgelegt.
Dazu wird ein Sensor auf einen sogenannten Chuck gelegt und durch Vakuum fixiert. Der Chuck befindet sich auf einem motorisierten Tisch, der es ermöglicht, verschiedene Positionen am Sensor anzufahren. Spitze Metallnadeln erlauben es, den Sensor an beliebigen Punkten zu kontaktieren und damit elektrische Verbindungen zu verschiedene Meßgeräten herzustellen. Typische Messungen sind I-V, C-V Kurven, bzw. Messungen des Schichtwiderstands sowie Isolationsprüfungen. Automatische Abläufe durch selbst geschriebene Software erlauben es, alle Streifen/Pixel eines Sensors zu durchlaufen und diese Messungen wiederholt durchzuführen.
Die folgende Tabelle listet die vorhandenen Probestations auf:
| Setup Name | Anwendung | Tisch | Chuck | Meßgeräte |
| SQC | automatischer Streifen-Scan an CMS Tracker Sensoren | motorisiert | einfach | 2 SMU, Elektrometer, LCR-Meter, Switching Matrix |
| PQC | automatische Teststruktur-Charakterisierung (CMS Tracker und HGCal) | motorisiert | heiz/kühlbar | 2 SMU, Elektrometer, LCR-Meter, Switching Matrix |
| HGCal | semi-automatische Sensormessung, manuelle Teststruktur-Messungen | motorisiert | heiz/kühlbar | 2 SMU, Elektrometer, LCR-Meter, Switching Matrix |
| "P3" | manuelle Messungen an Dioden, einfachen Teststrukturen | motorisiert | einfach | 2 SMU, Elektrometer, LCR-Meter, simpler IV/CV-Umschalter |
Zusätzlich besitzen wir eine Klimakammer für Alterungsstudien und für den Betrieb von Sensoren und Detektormodulen bei verschiedenen Temperaturen (-40 bis +200°C) und HF-Abschirmboxen für die Studie von Rauschen und Noise-Quellen.
Setups zur Signalerzeugung mit Laser und radioaktiven Quellen
Bei der Transient Current Technique (TCT) werden ultrakurze Laserpulse verwendet, um den Durchgang eines Teilchens nachzuahmen. Ja nach Einsatzgebiet werden dazu Pilas Laser von NKT mit Wellenlängen von 1060nm, 833nm sowie 370nm genutzt. Diese im UV-Bereich liegende Wellenlänge ist vorallem für die Untersuchung von Siliziumkarbid-Detektoren essentiell. Der durch jeden "Pseudo"-Teilchendurchgang im Detektor induzierte Strom wird verstärkt (durch Geräte von Cividec bzw. dem UCSC LGAD Board u.a.) und mit einem schnellen Oszilloskop aufgezeichnet. Dazu stehen Modelle von Rohde & Schwarz mit 16 GHz (RTP164) und 4 GHz (RTO6) Bandbreite zur Verfügung. Allein durch die Untersuchung der Form des induzierten Stroms können wir Informationen über die Dotierung, das elektrische Feld und die Ladungssammeleffizienz des Detektors ableiten.
Ergänzend zu den Laserpulsen werden auch radioaktiven Quellen genutzt, um "echte" Teilchendurchgänge aufzuzeichnen. Dazu stehen Americium-241 und Strontium-90 Quellen verschiedener Intensität zur Verfügung.
Um die Ladungsaufteilung in segmentierten Detektoren zu studieren nutzen wir das ALiBaVa System.
Detektorkonstruktion und Modulbau
Der Bau des CMS Trackers erforderte die Montage von etwa 17000 Siliziumstreifen-Detektormodulen, die jeweils aus Siliziumsensoren und einem Auslesehybrid bestehen, die auf einen Kohlefaserrahmen geklebt sind. Etwa eintausend Stück dieser Module wurden am HEPHY gefertigt. Später wurde die sogenannte "Lage 4" des Belle-II SVDs hier gebaut.
Für beide Projekte war es notwendig, Präzisionsmechanik und spezielle Halterungen ("Jigs") in der institutseigenen mechanischen Werkstätte zu bauen. Der eigentliche Bau der Module erfolgte mit einer 3D Koordinatenmessmaschine (Mitutoyo Euro-C776), die von uns um die Funktion eines Kleberoboters erweitert wurde. Dies erlaubte das halbautomatische Auftragen von Kleber auf die einzelnen Komponenten eines Moduls, sowie die quasi gleichzeitige präzise Vermessung der Position der aufgeklebten Komponenten.
Zum Herstellen der elektrischen Verbindungen zwischen Sensoren, Auslesechips und Leiterbahnen auf dem FE-Hybrid dient ein vollautomatischer Dünndrahtbonder (Delvotec G5), sowie zur Qualitätskontrolle der Wirebonds ein Dage Pulltester.
Zur optischen Kontrolle sowohl der Wirebonds, als auch von (Sensor-) Oberflächen stehen mehrere optische Mikroskope sowie ein 3D-Mikroskop mit Konfokal- und Interferenztechnik (Leica DCM8) zur Verfügung.
