]> jspc29.x-matter.uni-frankfurt.de Git - reports.git/commitdiff
Linnik reviewed
authorMichael Deveaux <deveaux@physik.uni-frankfurt.de>
Fri, 28 Feb 2014 16:05:30 +0000 (17:05 +0100)
committerMichael Deveaux <deveaux@physik.uni-frankfurt.de>
Fri, 28 Feb 2014 16:05:30 +0000 (17:05 +0100)
GSI_2014_Linnik/FlowChartTKIZinput.tex
GSI_2014_Linnik/Jahresbericht2013_Linnik-MABS-GSIbericht2013.pdf
GSI_2014_Linnik/Jahresbericht2013_Linnik-MABS-GSIbericht2013.tex

index a81dafb60508421a5b692be62492e4cd26319c13..75a6e5455747f2d7fc148ba5fa1444d51efc339d 100644 (file)
@@ -11,7 +11,8 @@
 \node (start) [startstop] {Start};
 %\node (readconfig) [processhorizontal, right of=start, node distance=3cm] {Read configuration};
 \node (searchdatabase) [processhorizontal, right of=start, node distance=3.5cm] {Search SQL database};
-\node (Foundsuitruns) [decision, right of=searchdatabase, node distance=5.5cm] {Found suitable runs?};
+%\node (Foundsuitruns) [decision, right of=searchdatabase, node distance=5.5cm] {Found suitable runs?};
+\node (Foundsuitruns) [decision, right of=searchdatabase, node distance=5.5cm] {Measurement needed?};
 \node (NotifyUser1) [notify, right of=Foundsuitruns, node distance=6cm] {Notify user};
 %\node (TestSetup) [processvertical, below of=Foundsuitruns, node distance=1.5cm] {Test experimental setup};
 \node (FoundErrors) [decision, below of=Foundsuitruns, node distance=1.8cm] {Errors in setup?};
index fa1ae7af3980e42bfe0cfb0f21243ce930e00c66..b644d6e9e472ea85e766606af543cd5ba312bcc1 100644 (file)
Binary files a/GSI_2014_Linnik/Jahresbericht2013_Linnik-MABS-GSIbericht2013.pdf and b/GSI_2014_Linnik/Jahresbericht2013_Linnik-MABS-GSIbericht2013.pdf differ
index 03d19166e169874c8c905e4a338b8ca5007ab825..e0c10379e8ec6eaffe1dd9562f5ca2b6bfdfac8f 100644 (file)
 %%
 %%   VARIABLE HEIGHT FOR THE TITLE BOX (default 35mm)
 %%
-\setlength{\titleblockheight}{27mm}
+\setlength{\titleblockheight}{30mm}
 
 \begin{document}
-\title{Aautomatic test system for CMOS Monolithic Active Pixel Sensors\thanks{This work has been supported by BMBF (05P12RFFC7), HIC for FAIR and GSI.}}
+\title{A semi-automatic test system for CMOS Monolithic Active Pixel Sensors\thanks{This work has been supported by BMBF (05P12RFFC7), HIC for FAIR and GSI.}}
 \author[1]{B. Linnik}
 \author[1]{D. Doering}
 \author[1]{M. Deveaux}
 \author[1]{S. Strohauer}
 \author[1,2]{J. Stroth}
+\author{the CBM-MVD collaboration}
+%\author{for the CBM-MVD collaboration}
 %\affil{Institut f\"ur Kernphysik, Goethe University Frankfurt, Germany and IPHC Strasbourg, France}
 %\affil{IPHC Strasbourg, 23 Rue du Loess, 67037 Strasbourg, France}
 \affil[1]{Institut f\"ur Kernphysik, Goethe University Frankfurt, Germany}
 \hbox{}
 \hbox{ }
 %\section{Introduction}
-MAPS have been proposed as sensor technology for the vertex detectors of the International Linear Collider (ILC), the STAR Heavy Flavor Tracker Upgrade and the Compressed Baryonic Matter (CBM) experiment \cite{Vertex08}. Moreover, they are considered for the upgrade of the ALICE-ITS. The expected integrated radiation doses in these applications range from several $10^{10}~\rm n_{eq}/cm^2$ and few $100~\rm krad$ (ILC) to \mbox{$\gtrsim 10^{13} ~\rm n_{eq}/cm^2$} and $\gtrsim 3~\rm Mrad$ (CBM). Reaching this radiation tolerance is the subject of a joint research program of the PICSEL group of the IPHC/Strasbourg and the IKF of the Goethe University of Frankfurt/Main.\newline
-The research progress is mainly guided by CMOS features coming available. The non-ionizing radiation hardness could be extended by one order of magnitude by using a high resistivity epitaxial layer \cite{RESMDD2012} and the ionizing radiation hardness by using the 0.18 $\mum$ CMOS process \cite{IWORID}. This was achieved by exploring the technology testing a few tens of different prototype chips. Each chip generation has to be irradiated and characterized. This can result in a comprehensive test program.\newline
-An example is the study of the sensor MIMOSA-34. This chip provides 32 different matrices, that have to be characterized. The measurement of a charge spectrum is limited by the intensity of the available Fe-55-source resulting in a 4h measurement giving a sufficient amount of statistics. This results in a measurement time of 128h per chip and temperature and radiation dose suggesting a permanent operation of the teststand. Due to limited amount of man power, this is only feasible with an automatic measurement system. However, the used teststand was provided by the developers and cannot be modified.\newline
-To meet this challenge an AUTOIT based program named MABS\footnote{\textbf{M}imosa \textbf{A}utomated \textbf{B}ot \textbf{S}ystem} was developed to simulate the manual control. MABS provides an interface to automate the existing read-out system. The system can perform a given test protocol to program the JTAG and monitor the measurement software without manipulating the original source code. In addition it can program and monitor external parameters like a frequency generator and the complex temperature control including cooling system and temperature sensors. In case of an error or an unexpected behavior MABS informs the responsible persons even now via an interface for mobile devices. Human interaction is still necessary to change the chip and the radiation source. Data of performed runs are saved in a database and can be accessed for further ana\-ly\-sis through ROOT. Another advantage of the system, except the ability of a more systematic research and the time factor is a better dependability of the performed  measurements, due to a more precise monitoring.\newline
-The advantages of MABS could be validated in a measurement campaign running 24h a day for a couple of weeks. It also demonstrates its advantages performing systematic variations, which normally means a permanent manpower operating and monitoring the teststand. MABS allowed e.g. measurements with a small-step variation of the clock frequency requiring only a limited amount of programming effort. \newline
-We hope to improve the system further, so it can be applied to a broader range of future chip generations. Even an automated source change via a step-motor is thinkable.
+The Micro-Vertex-Detector (MVD) of the future CBM-experiment will rely on CMOS Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS). Those sensors match so-far the requirements of CBM in terms of excellent spatial resolution, ultra-light material budget and non-ionizing radiation tolerance. Intense R\&D is being carried out within a joint research program of the PICSEL group of the IPHC/Strasbourg and the IKF of the Goethe University of Frankfurt/Main in order to improve their tolerance to ionizing radiation and their read-out speed.
+
+A standard problem during this research is to optimize numerous parameters like diode sizes and the size of transistor gates \cite{Cite:ReportDennis} in order to obtain the best possible detection performance for charged particles, the fastest possible read-out speed and the best possible radiation tolerance. 
+
+As producing MAPS for charged particle tracking is beyond the intended scope of the CMOS-processes, only few reliable simulation tools supporting this optimization are available. Moreover, decisive process parameters were found to be unknown even to the technology providers in the past. To overcome this obstacle and to collect the necessary knowledge, series of process exploration chips are built and tested. Those chips host numerous pixel designs, which vary the (believed to be) relevant sensor parameters in a systematic way. Typical sensors following this strategy were the MIMOSA-32 and MIMOSA-34 sensors, which each provided 32 different kinds of pixels. Moreover, the sensors were manufactured on multiple different wafers to check the dependence of their performances on the wafer properties. 
+
+Accounting for the temperature dependence of different effects and the need to evaluate the radiation tolerance of the sensors with multiple data points, in the order of thousand individual measurements are needed to perform a full test of a generation of MAPS. This high number of tests call for a semi-automatic test system, which may run 24/7 with limited human intervention.
+
+%MAPS have been proposed as sensor technology for the vertex detectors of the International Linear Collider (ILC), the STAR Heavy Flavor Tracker Upgrade and the Compressed Baryonic Matter (CBM) experiment \cite{Vertex08}. Moreover, they are considered for the upgrade of the ALICE-ITS. The expected integrated radiation doses in these applications range from several $10^{10}~\rm n_{eq}/cm^2$ and few $100~\rm krad$ (ILC) to \mbox{$\gtrsim 10^{13} ~\rm n_{eq}/cm^2$} and $\gtrsim 3~\rm Mrad$ (CBM). Reaching this radiation tolerance is the subject of a .\newline
+%The research progress is mainly guided by CMOS features coming available. The non-ionizing radiation hardness could be extended by one order of magnitude by using a high resistivity epitaxial layer \cite{RESMDD2012} and the ionizing radiation hardness by using the 0.18 $\mum$ CMOS process \cite{IWORID}. This was achieved by exploring the technology testing a few tens of different prototype chips. Each chip generation has to be irradiated and characterized. This can result in a comprehensive test program.\newline
+%An example is the study of the sensor MIMOSA-34. This chip provides 32 different matrices, that have to be characterized. The measurement of a charge spectrum is limited by the intensity of the available Fe-55-source resulting in a 4h measurement giving a sufficient amount of statistics. This results in a measurement time of 128h per chip and temperature and radiation dose suggesting a permanent operation of the teststand. Due to limited amount of man power, this is only feasible with an automatic measurement system. However, the used teststand was provided by the developers and cannot be modified.\newline
+To build such a system, we complemented the test system received from the PICSEL group of IPHC Strasbourg by an AUTOIT\cite{Cite:AutoIT} based program named MABS\footnote{\textbf{M}imosa \textbf{A}utomated \textbf{B}ot \textbf{S}ystem}. As intended, this software works without modifications of the firmware of the test system but interfaces the GUI of this firmware and executes pre-programmed test protocols by emulating the manual input of a human user. Moreover, it controls and monitors external devices like the cooling system and the temperature sensors of the test system. In case of errors or unexpected events, MABS pushes error messages to the mobile phone of the system operator. 
+
+The data and the run information are stored to a data-base, which can be accessed by the our ROOT-based data analysis software. The human intervention needed for the measurement process is reduced to the necessary to changing of the chip and putting or removing the radiation sources needed for the measurement.
+
+MABS was successfully tested and validated during a 24/7 measurement campaign, which lasted for several weeks and demonstrated its capability to obtain more detailed sensors tests with substantially reduced human effort. 
+%It also demonstrates its advantages performing systematic variations, which normally means a permanent manpower operating and monitoring the teststand. MABS allowed e.g. measurements with a small-step variation of the clock frequency requiring only a limited amount of programming effort. \newline
+%We hope to improve the system further, so it can be applied to a broader range of future chip generations. Even an automated source change via a step-motor is thinkable.
 \begin{figure}[t!]
 \hbox{ }
 \hbox{ }
@@ -61,14 +75,15 @@ We hope to improve the system further, so it can be applied to a broader range o
 \vspace*{-0.4cm}
 \end{figure}
 \begin{thebibliography}{15}
-\bibitem{Vertex08}
-   M. Deveaux et al.,\emph{Design considerations for the Micro Vertex Detector of the Compressed Baryonic Matter experiment, POS(VERTEX2008)028} (2008)
+\bibitem{Cite:ReportDennis}
+   D. Doering et al., \emph{Noise performance and radiation tolerance of CMOS Monolithic Active Pixel Sensors manufactured in a 0.18$\upmu$m CMOS process}, this report.
+\bibitem{Cite:AutoIT} http://www.autoitscript.com/site/autoit/   
 
-\bibitem{RESMDD2012}
-D. Doering et al., \emph{Pitch dependence of the tolerance of CMOS monolithic active pixel sensors to non-ionizing radiation, NIM-A} (2013)
+%\bibitem{RESMDD2012}
+%D. Doering et al., \emph{Pitch dependence of the tolerance of CMOS monolithic active pixel sensors to non-ionizing radiation, NIM-A} (2013)
 
-\bibitem{IWORID}
- D. Doering et al. \emph{Noise performance and ionizing radiation tolerance of CMOS Monolithic Active Pixel Sensors using the $0.18\mum$ CMOS process,sent to editorial office} (2014)
+%\bibitem{IWORID}
+% D. Doering et al. \emph{Noise performance and ionizing radiation tolerance of CMOS Monolithic Active Pixel Sensors using the $0.18\mum$ CMOS process,sent to editorial office} (2014)
 \end{thebibliography}
 \bibliographystyle{plain}