Impact of low-dose electron irradiation on n+p silicon strip sensors

Adam, W; Bergauer, T.; Dragicevic, M.; Friedl, M.; Fruehwirth, R.; Hoch, M.; Hrubec, J.; Krammer, M.; Treberspurg, W.; Waltenberger, W.; Alderweireldt, S.; Beaumont, W.; Janssen, X.; Luyckx, S.; Van Mechelen, P.; Van Remortel, N.; Van Spilbeeck, A.; Barria, P.; Caillol, C.; Clerbaux, B.; De Lentdecker, G.; Dobur, D.; Favart, L.; Grebenyuk, A.; Lenzi, T. h.; Léonard, A.; Maerschalk, T. h.; Mohammadi, A.; Perniè, L.; Randle Conde, A.; Reis, T.; Seva, T.; Thomas, L.; Vander Velde, C.; Vanlaer, P.; Wang, J.; Zenoni, F.; Abu Zeid, S.; Blekman, F.; De Bruyn, I.; D'Hondt, J.; Daci, N.; Deroover, K.; Heracleous, N.; Keaveney, J.; Lowette, S.; Moreels, L.; Olbrechts, A.; Python, Q.; Tavernier, S.; Van Mulders, P.; Van Onsem, G.; Van Parijs, I.; Strom, D. A.; Basegmez, S.; Bruno, G.; Castello, R.; Caudron, A.; Ceard, L.; De Callatay, B.; Delaere, C.; Du Pree, T.; Forthomme, L.; Giammanco, A.; Hollar, J.; Jez, P.; Michotte, D.; Nuttens, C.; Perrini, L.; Pagano, D.; Quertenmont, L.; Selvaggi, M.; Vidal Marono, M.; Beliy, N.; Caebergs, T.; Daubie, E.; Hammad, G. H.; Härkönen, J.; Lampén, T.; Luukka, P. R.; Mäenpää, T.; Peltola, T.; Tuominen, E.; Tuovinen, E.; Eerola, P.; Tuuva, T.; Beaulieu, G.; Boudoul, G.; Combaret, C.; Contardo, D.; Gallbit, G.; Lumb, N.; Mathez, H.; Mirabito, L.; Perries, S.; Sabes, D.; Vander Donckt, M.; Verdier, P.; Viret, S.; Zoccarato, Y.; Agram, J. L.; Conte, E.; Fontaine, J. C. h.; Andrea, J.; Bloch, D.; Bonnin, C.; Brom, J. M.; Chabert, E.; Charles, L.; Goetzmann, C. h.; Gross, L.; Hosselet, J.; Mathieu, C.; Richer, M.; Skovpen, K.; Autermann, C.; Edelhoff, M.; Esser, H.; Feld, L.; Karpinski, W.; Klein, K.; Lipinski, M.; Ostapchuk, A.; Pierschel, G.; Preuten, M.; Raupach, F.; Sammet, J.; Schael, S.; Schwering, G.; Wittmer, B.; Wlochal, M.; Zhukov, V.; Pistone, C.; Fluegge, G.; Kuensken, A.; Geisler, M.; Pooth, O.; Stahl, A.; Bartosik, N.; Behr, J.; Burgmeier, A.; Calligaris, L.; Dolinska, G.; Eckerlin, G.; Eckstein, D.; Eichhorn, T.; Fluke, G.; Garay Garcia, J.; Gizhko, A.; Hansen, K.; Harb, A.; Hauk, J.; Kalogeropoulos, A.; Kleinwort, C.; Korol, I.; Lange, W.; Lohmann, W.; Mankel, R.; Maser, H.; Mittag, G.; Muhl, C.; Mussgiller, A.; Nayak, A.; Ntomari, E.; Perrey, H.; Pitzl, D.; Schroeder, M.; Seitz, C.; Spannagel, S.; Zuber, A.; Biskop, H.; Blobel, V.; Buhmann, P.; Centis Vignali, M.; Draeger, A. R.; Erfle, J.; Fretwurst, E.; Garutti, E.; Haller, J.; Henkel, C. h.; Hoffmann, M.; Junkes, A.; Klanner, R.; Lapsien, T.; Mättig, S.; Matysek, M.; Perieanu, A.; Poehlsen, J.; Poehlsen, T.; Scharf, C. h.; Schleper, P.; Schmidt, A.; Schuwalow, S.; Schwandt, J.; Sola, V.; Steinbrück, G.; Vormwald, B.; Wellhausen, J.; Barvich, T.; Barth, C. h.; Boegelspacher, F.; De Boer, W.; Butz, E.; Casele, M.; Colombo, F.; Dierlamm, A.; Eber, R.; Freund, B.; Hartmann, F.; Hauth, T. h.; Heindl, S.; Hoffmann, K. H.; Husemann, U.; Kornmeyer, A.; Mallows, S.; Muller, T. h.; Nuernberg, A.; Printz, M.; Simonis, H. J.; Steck, P.; Weber, M.; Weiler, T. h.; Bhardwaj, A.; Kumar, A.; Kumar, A.; Ranjan, K.; Bakhshiansohl, H.; Behnamian, H.; Khakzad, M.; Naseri, M.; Cariola, P.; De Robertis, G.; Fiore, L.; Franco, M.; Loddo, F.; Sala, G.; Silvestris, L.; Creanza, D.; De Palma, M.; Maggi, G.; My, S.; Selvaggi, G.; Albergo, S.; Cappello, G.; Chiorboli, M.; Costa, S.; Giordano, F.; Di Mattia, A.; Potenza, R.; Saizu, M. A.; Tricomi, A.; Tuvè, C.; Barbagli, G.; Brianzi, M.; Ciaranfi, R.; Civinini, C.; Gallo, E.; Meschini, M.; Paoletti, S.; Sguazzoni, G.; Ciulli, V.; D'Alessandro, R.; Gonzi, S.; Gori, V.; Focardi, E.; Lenzi, P.; Scarlini, E.; Tropiano, A.; Viliani, L.; Ferro, F.; Robutti, E.; Lo Vetere, M.; Gennai, S.; Malvezzi, S.; Menasce, D.; Moroni, L.; Pedrini, D.; Dinardo, M.; Fiorendi, S.; Manzoni, R. A.; Azzi, P.; Bacchetta, N.; Bisello, D.; Dall'Osso, M.; Dorigo, T.; Giubilato, P.; Pozzobon, N.; Tosi, M.; Zucchetta, A.; De Canio, F.; Gaioni, L.; Manghisoni, M.; Nodari, B.; Re, V.; Traversi, G.; Comotti, D.; Ratti, L.; Bilei, G. M.; Bissi, L.; Checcucci, B.; Magalotti, D.; Menichelli, M.; Saha, A.; Servoli, L.; Storchi, L.; Biasini, M.; Conti, E.; Ciangottini, D.; Fanò, L.; Lariccia, P.; Mantovani, G.; Passeri, D.; Placidi, P.; Salvatore, M.; Santocchia, A.; Solestizi, L. A.; Spiezia, A.; Demaria, N.; Rivetti, A.; Bellan, Riccardo; Casasso, S.; Costa, Marco; Covarelli, Roberto; Migliore, Ernesto; Monteil, E.; Musich, M.; Pacher, L.; Ravera, F.; Romero, A.; Solano, Ada Maria; Trapani, P.; Jaramillo Echeverria, R.; Fernandez, M.; Gomez, G.; Moya, D.; Gonzalez Sanchez, F. J.; Munoz Sanchez, F. J.; Vila, I.; Virto, A. L.; Abbaneo, D.; Ahmed, I.; Albert, E.; Auzinger, G.; Berruti, G.; Bianchi, G.; Blanchot, G.; Breuker, H.; Ceresa, D.; Christiansen, J.; Cichy, K.; Daguin, J.; D'Alfonso, M.; D'Auria, A.; Detraz, S.; De Visscher, S.; Deyrail, D.; Faccio, F.; Felici, D.; Frank, N.; Gill, K.; Giordano, D.; Harris, P.; Honma, A.; Kaplon, J.; Kornmayer, A.; Kortelainen, M.; Kottelat, L.; Kovacs, M.; Mannelli, M.; Marchioro, A.; Marconi, S.; Martina, S.; Mersi, S.; Michelis, S.; Moll, M.; Onnela, A.; Pakulski, T.; Pavis, S.; Peisert, A.; Pernot, J. F.; Petagna, P.; Petrucciani, G.; Postema, H.; Rose, P.; Rzonca, M.; Stoye, M.; Tropea, P.; Troska, J.; Tsirou, A.; Vasey, F.; Vichoudis, P.; Verlaat, B.; Zwalinski, L.; Bachmair, F.; Becker, R.; Bäni, L.; Di Calafiori, D.; Casal, B.; Djambazov, L.; Donega, M.; Dünser, M.; Eller, P.; Grab, C.; Hits, D.; Horisberger, U.; Hoss, J.; Kasieczka, G.; Lustermann, W.; Mangano, B.; Marionneau, M.; Martinez Ruiz Del Arbol, P.; Masciovecchio, M.; Perrozzi, L.; Roeser, U.; Rossini, M.; Starodumov, A.; Takahashi, M.; Wallny, R.; Amsler, C.; Bösiger, K.; Caminada, L.; Canelli, F.; Chiochia, V.; De Cosa, A.; Galloni, C.; Hreus, T.; Kilminster, B.; Lange, C.; Maier, R.; Ngadiuba, J.; Pinna, D.; Robmann, P.; Taroni, S.; Yang, Y.; Bertl, W.; Deiters, K.; Erdmann, W.; Horisberger, R.; Kaestli, H. C.; Kotlinski, D.; Langenegger, U.; Meier, B.; Rohe, T.; Streuli, S.; Chen, P. H.; Dietz, C.; Grundler, U.; Hou, W. S.; R. S., Lu; Moya, M.; Wilken, R.; Cussans, D.; Flacher, H.; Goldstein, J.; Grimes, M.; Jacob, J.; Seif El Nasr Storey, S.; Cole, J.; Hobson, P.; Leggat, D.; Reid, I. D.; Teodorescu, L.; Bainbridge, R.; Dauncey, P.; Fulcher, J.; Hall, G.; Magnan, A. M.; Pesaresi, M.; Raymond, D. M.; Uchida, K.; Coughlan, J. A.; Harder, K.; Ilic, J.; Tomalin, I. R.; Garabedian, A.; Heintz, U.; Narain, M.; Nelson, J.; Sagir, S.; Speer, T.; Swanson, J.; Tersegno, D.; Watson Daniels, J.; Chertok, M.; Conway, J.; Conway, R.; Flores, C.; Lander, R.; Pellett, D.; Squires, F.; Thomson, J.; Yohay, R.; Burt, K.; Ellison, J.; Hanson, G.; Malberti, M.; Olmedo, M.; Cerati, G.; Sharma, V.; Vartak, A.; Yagil, A.; Zevi Della Porta, G.; Dutta, V.; Gouskos, L.; Incandela, J.; Kyre, S.; Mccoll, N.; Mullin, S.; White, D.; Cumalat, J. P.; Ford, W. T.; Gaz, A.; Krohn, M.; Stenson, K.; Wagner, S. R.; Baldin, B.; Bolla, G.; Burkett, K.; Butler, J.; Cheung, H.; Chramowicz, J.; Christian, D.; Cooper, W. E.; Deptuch, G.; Derylo, G.; Gingu, C.; Gruenendahl, S.; Hasegawa, S.; Hoff, J.; Howell, J.; Hrycyk, M.; Jindariani, S.; Johnson, M.; Jung, A.; Joshi, U.; Kahlid, F.; Lei, M.; Lipton, R.; Liu, T.; Los, S.; Matulik, M.; Merkel, P.; Nahn, S.; Prosser, A.; Rivera, R.; Shenai, A.; Spiegel, L.; Tran, N.; Uplegger, L.; Voirin, E.; Yin, H.; Adams, M. R.; Berry, D. R.; Evdokimov, A.; Evdokimov, O.; Gerber, C. E.; Hofman, D. J.; Kapustka, B. K.; O'Brien, C.; Sandoval Gonzalez, D. I.; Trauger, H.; Turner, P.; Parashar, N.; Stupak, J.; Iii, C.; Bortoletto, D.; Bubna, M.; Hinton, N.; Jones, M.; Miller, D. H.; Shi, X.; Tan, P.; Baringer, P.; Bean, A.; Benelli, G.; Gray, J.; Majumder, D.; Noonan, D.; Sanders, S.; Stringer, R.; Ivanov, A.; Makouski, M.; Skhirtladze, N.; Taylor, R.; Anderson, I.; Fehling, D.; Gritsan, A.; Maksimovic, P.; Martin, C.; Nash, K.; Osherson, M.; Swartz, M.; Xiao, M.; Acosta, J. G.; Cremaldi, L. M.; Oliveros, S.; Perera, L.; Summers, D.; Bloom, K.; Bose, S.; Claes, D. R.; Dominguez, A.; Fangmeier, C.; Gonzalez Suarez, R.; Meier, F.; Monroy, J.; Hahn, K.; Sevova, S.; Sung, K.; Trovato, M.; Bartz, E.; Duggan, D.; Halkiadakis, E.; Lath, A.; Park, M.; Schnetzer, S.; Stone, R.; Walker, M.; Malik, S.; Mendez, H.; Ramirez Vargas, J. E.; Alyari, M.; Dolen, J.; George, J.; Godshalk, A.; Iashvili, I.; Kaisen, J.; Kharchilava, A.; Kumar, A.; Rappoccio, S.; Alexander, J.; Chaves, J.; Chu, J.; Dittmer, S.; Kaufman, G.; Mirman, N.; Ryd, A.; Salvati, E.; Skinnari, L.; Thom, J.; Thompson, J.; Tucker, J.; Winstrom, L.; Akgün, B.; Ecklund, K. M.; Nussbaum, T.; Zabel, J.; Betchart, B.; Covarelli, R.; Demina, R.; Hindrichs, O.; Petrillo, G.; Eusebi, R.; Osipenkov, I.; Perloff, A.; Ulmer, K. A.; Delannoy, A. G.; D'Angelo, P.; Johns, W.

doi:10.1016/j.nima.2015.08.026

The response of n+p silicon strip sensors to electrons from a 90Sr source was measured using a multi-channel read-out system with 25 ns sampling time. The measurements were performed over a period of several weeks, during which the operating conditions were varied. The sensors were fabricated by Hamamatsu Photonics on 200 μm thick float-zone and magnetic-Czochralski silicon. Their pitch was 80 μm, and both p-stop and p-spray isolation of the n+ strips were studied. The electrons from the 90Sr source were collimated to a spot with a full-width-at-half-maximum of 2 mm at the sensor surface, and the dose rate in the SiO2 at the maximum was about 50 Gy(SiO2)/d. After only a few hours of making measurements, significant changes in charge collection and charge sharing were observed. Annealing studies, with temperatures up to 80 °C and annealing times of 18 h showed that the changes can only be partially annealed. The observations can be qualitatively explained by the increase of the positive oxide-charge density due to the ionization of the SiO2 by the radiation from the β source. TCAD simulations of the electric field in the sensor for different oxide-charge densities and different boundary conditions at the sensor surface support this explanation. The relevance of the measurements for the design of n+p strip sensors is discussed.