ITk strip QA

Under construction.

-- Shigeki Hirose - 2020-08-19

QAシステム概要

TestChip+MD8(Halfmoon)で測定する8項目の測定ができるシステムです。

具体的な項目

バイアス抵抗、カップリング容量、ストリップ間抵抗、ストリップ間容量、PTP作動、カップリングの暗電流、酸化膜容量、MD8のIVCV測定

すべての測定には最低でもPC、LCRメーター2台、ソースメーター2台、スイッチ操作装置(TUSB-PIO)、Raspiを用いた温度計システムと測定サンプルを装着する基盤が必要です。

To be written.

測定方法

測定は、VisualStudioのStripQAControl.slnを用いて行います。

ソリューションを開くと、接続したLCRメーターとソースメーターの選択画面が表示されるので、使用する機械を選択(Setを緑に)したのち、StripQAを選択します。

新たに表示されるQA測定の画面で、選択したLCRメーターとソースメーターがそれぞれ正しく設定されているかを確認してください。

もし間違っている場合は、プルダウンで変更してください。

使用する機械の確認が取れたら、測定するサンプルの名前を記入してください。

サンプルの名前と属性は以下のスプレッドシートで確認することができます。

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mlUcnUTPKlGmD6PUIn9hh5Zky5EJmUY1wDjHUVpYtlU/edit#gid=0

測定の際にも使用するのでこのタイミングで開いておくことをお勧めします。

温度、湿度を記入してください

Raspiの温度計で温度と湿度を読み取ってください。（今後自動化されるかもしれません。）

LCRメーターを使った測定がしたい場合は、キャリブレーションをしましょう。

B4デシケーター内にshort、openそれぞれのキャリブレーションのための基盤があるので、それを接続してキャリブレーションをします。

ここまで出来たら各測定に進めます。

• バイアス抵抗

デフォルトでは-5~5VまでをnVステップで測定しています。

測定可能な抵抗3つすべての電流値が記録されます。

• カップリング容量

1kHzでの静電容量と複素インピーダンスの絶対値が記録されます。

この測定はGUI上で測定周波数をを変更することができません。

• ストリップ間抵抗

照射前後でバイアス抵抗が異なります。

照射前は-150V

照射後は-500V

測定範囲はどちらも-5~5Vを0.1Vステップで測定します。

測定するサンプルの特性に合わせてパラメーターを(手動で)変更してください。

• ストリップ間容量

照射前後でバイアス抵抗が異なります。

照射前は-150V

照射後は-500V

測定は、1MHzでの静電容量を測り、静電容量と複素インピーダンスの絶対値が記録されます。

測定するサンプルの特性に合わせてパラメーターを(手動で)変更してください。

• PTP

照射前後でバイアス抵抗が異なります。

照射前は-150V

照射後は-500V

測定範囲はどちらも0~-40Vを0.2Vステップで測定します。

この先の測定をする場合は、別の基盤に付け替える必要があります

• カップリングの暗電流

二枚目の基板、LEMO0にTestVからつながるケーブルがつながっていることを確認してください。

0~10Vまでは0.5Vステップ、0~100Vまで5Vステップで、カップリング部に電圧をかけたときの暗電流を測定します。

• 酸化膜容量

二枚目の基板、MOS HVにTestVからつながるケーブルがつながっていることを確認してください。

照射前後で測定が異なります

照射前　周波数10kHz、測定範囲-20~10V、0.1Vステップ

照射後　周波数1MHz、測定範囲-50~10V、0.1Vステップ

どちらも静電容量と複素インピーダンスの絶対値が記録されます。

サンプルの特性に合わせてパラメーターを変更してください。

• MD8のIVCV

二枚目の基板、MOS HVにTestVからつながるケーブルがつながっていることを確認してください。

0~-500V(?)を10Vステップで測定します。

電流、静電容量、複素インピーダンスの絶対値が記録されます。

To be written.

測定ログ

8月　(QAMeasurementLog202008)

マニュアルなど

• ソースメーター
  • Keythley Model 2410 1100 V SourceMeter
    • Datasheet: https://www.tek.com/document/specification/models-2410-and-2410-c-sourcemeter-specifications-rev-d
    • Manual: https://download.tek.com/manual/2410_902_01B.pdf
  • Keythley Model 6517A Electrometer/High Resistance Meter
    • Datasheet: http://www.testequipmenthq.com/datasheets/KEITHLEY-6517A-Datasheet.pdf
    • Manual: https://www.tek.com/manual/model-6517a-electrometer-high-resistance-meter-getting-started-manual-rev-b
  • Keithley エラーメッセージマニュアル
    • http://ena.support.keysight.com/e5071c/manuals/webhelp/jpn/product_information/error_messages/error_messages.htm
• LCRメーター
  • Agilent 4284A Precision LCR Meter
    • Datasheet: https://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5963-5390JA.pdf?id=1000073563:epsg:dow
    • Manual: https://www.keysight.com/main/editorial.jspx?ckey=1000002196:epsg:man&id=1000002196:epsg:man&nid=-11143.0.00&lc=jpn&cc=JP
• 温湿度計 on Raspberry Pi

参考資料

• ストリップQA関係（*) はuser: tsukuba-silicon, password: ITk_stripQA!）
  • Sensor Quality Assuarance Document (25th March 2019): https://hep-www.px.tsukuba.ac.jp/~shhirose/itk/Sensor_Quality_Assurance_v5.docx
  • Sensor Quality Assurance Database Test Parameters (29th June 2020; 2020年8月現在最新版): https://hep-www.px.tsukuba.ac.jp/~shhirose/itk/Sensor_Quality_Assurance_DB_Inputs_290720_v13.docx
  • QA data format as of 2nd June 2020: https://hep-www.px.tsukuba.ac.jp/~shhirose/itk/2020-06-02_Sensor_QA_DataFormats_v5.pptx
  • Test chip details: https://hep-www.px.tsukuba.ac.jp/~shhirose/itk/testchip.pptx
  • K. Hara, "Strip Sensor QC/QA in Japan", presented at ATLAS-Japan silicon workshop on 21st December 2019: https://kds.kek.jp/indico/event/32999/contributions/161326/attachments/128299/152895/StripQCQA-ATLASJ2019.pdf
  • E. Staats, "ATLAS Test Chip MOS Capacitor", presented at Strip Sensor meeting on 8th July 2020: https://indico.cern.ch/event/935450/contributions/3938786/attachments/2070575/3475887/MOS_Cap_EStaats_08072020.pdf
  • MOS capacitors: https://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter6/ch6_2.htm
• ITk strip全般
  • ITk Strip TDR: https://cds.cern.ch/record/2257755?ln=en