第 3 章 アナログ部試作機の性能評価
3.2 センサー接続試験
DAC
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
Vth [mV]
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100
Vth vs DAC
図 3.16: DAC値を変えたときのスレッショルドの変化
力は
94 [keV]×2 [MHz] = 1.6×10−19×94×103×2×106
= 30 [nW]
となり、この値になるようにフォトダイオードで確認しながら、レーザーをアテネータを 用いて較正した。
R D200の計器 ダイ ー R D200
コ秒パ スダイ ー ーザー
図 3.17: レーザーの強度較正の様子
図3.18にレーザーを用いた試験のセットアップの概略を示す。SlitA2013と接続したシ リコンストリップセンサーを可動式のステージをもつ暗箱内に設置した。SlitA2013からの 出力はLEMOケーブルで読み出し、オシロスコープで確認した。トリガーはレーザーに同 期したパルスを用いた。動径方向センサー、軸方向センサーのそれぞれに対しKEITHLEY 2611Aを用いて120 Vのバイアスをかけ、そのとき流れているもれ電流はそれぞれ、0.247 µAと92.6 nAであった。測定時の実験室の室温は24.3度であった。
3.2.2 測定と結果
まず、ノイズを測定した。測定にはch15を用いた。図3.19に示すように動径方向セン サー、軸方向センサーそれぞれに対してオシロスコープのヒストグラム機能を用いて波高 分布を得た。そのときのσはそれぞれ4.3 mVと4 mVであった。このとき以前求めたゲ インからENCを見積もると、それぞれ1100 eと980 eであった。これらはどちらも要求 を満たしている。
MIP相当の電子正孔対を生成するレーザーをシリコンストリップセンサーの表から照 射し、センサーがのっているステージを図3.18中のx軸方向に動かしながら、SlitA2013 からの出力の波高を測定した。図3.20はそれぞれ軸方向センサー接続時(左)と動径方向 センサー接続時(右)のSlitA2013からの信号の波高が最大になった時の様子である。
実測データを理解するため、モンテカルロシミュレーションをおこなった。ストリップ 中央にあるアルミニウムの読み出し電極によるレーザーの吸収、反射の効果(100%)も考 慮した。また、シミュレーション内ではASIC単体で評価を行ったときのゲイン(25.5±0.3
mV/fC)を用いた。x軸方向に動かしながら測定した波高分布をモンテカルロシミュレ−
mm mm x
y
R sensor
SlitA2013 暗箱
可動式 テー マイ メータで x、y方向に移動可能 mm 刻み コン ト ップセン ー
+ SlitA ー ー ico uant社 LDH
• 中心波長領域 nm
• 光子 個あたりのエネ ー eV
mm
図 3.18: レーザーを用いた性能評価の概略図
mV
mV
3.19: ( ) ( )
SlitA からの出力 ch 5
SlitA からの出力 ch 5
ーザーと同期したパ ス ーザーと同期したパ ス
図 3.20: レーザーを照射したときの軸方向センサー接続時(上図)と動径方向センサー接
続時(下図)のSlitA2013からの信号
ションの結果とあわせて図3.21に示す。ピークの高さは実験とシミュレーションでよく 合っており、これはセンサーと接続した場合にもASICは単体の場合と同じだけのゲイン を持つということである。
x [mm]
6.4 6.45 6.5 6.55 6.6 6.65 6.7 6.75 6.8
output [mV]
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
measured
simulation
laser test
x [mm]
6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7
output [mV]
0 20 40 60 80 100
measured simulation
laser test
図 3.21: ストリップに垂直な方向にレーザーを移動させたときの波高の変化。軸方向セン
サー接続時(左)と動径方向センサー接続時(右)。