B-ファクトリーで使用する測定器の共同開発

• 研究課題/領域番号: 05044063
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 高エネルギー物理学研究所
• 研究代表者: 松田 武 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (10029564)
• 研究分担者: WELHAMMER P. CERN, 主任研究員 ; YPSILANTIS T CERN College de France, 研究員教授 ; 幅 淳二 大阪大学, 理学部・物理学科, 助手 (60180923) ; 東 保男 高エネルギー物理学研究所, 工作センター, 助手 (70208742) ; 榎本 良治 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (80183755) ; 住吉 孝行 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (30154628) ; 足立 一郎 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (00249898) ; 田中 真伸 (田中 真信) 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (00222117) ; 坪山 透 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (80188622) ; 尾崎 均 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (10177214) ; 池田 博一 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (10132680) ; 高崎 史彦 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 教授 (70011749) ; WEILHAMMER P CERN, 主任研究員 ; 作田 誠 高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (40178596)
• 研究期間 (年度): 1993 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円); 1994年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1993年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
• キーワード: Bファクトリー / シリコン・ストリップ検出器 / バ-テックス検出器 / 低雑音増幅器VLSI / 粒子選別 / FRICH / CsIホトカソード / SSD / RICH

研究概要

1 SDD開発
(1)KEK/B-ファクトリー用シリコン・バ-テックス検出器の設計
平成7年3月現在、概念設計(TDR設計)を完了した。当初の概念設計(LOIレファレンス設計)はTDR設計において大幅に変更された。変更の理由はKEK/Bファクトリー加速器の衝突点設計の大幅変更によるものであるが、TDR設計においては、両面シリコンストリップ検出器(DSSD)のz-ストリップ信号をSVD両端部に読み出す2層配線に付随する静電容量などz-ストリップの総静電容量が大きいこと等も十分に考慮した。最終設計はバックグラウンドや予期しない故障に強く、且つ初期設計の性能を維持する設計となっている。今後は詳細設計と建設を進める。
(2)大型両面シリコン・ストリップ検出器(DSSD)の開発
中型の各種DSSD及び大型(実機大)DSSD数種について、ストリプ静電容量の測定、パルス赤外線ビームによる信号測定試験、ビーム試験等を行ってきた。この間、両面半導体プロセスの難しさにもかかわらず、複数の製造会社においてDSSDの製造技術が進歩し、検出器としての基本的能は実用段階に到達した。現時点では;
(a)2層配線を持たないDSSDについては安定した結果が得られる、
(b)n面ストリイブの信号分離の2種類の方法(pストップ法および張り出し電極法)ともSVDへ応用が可能で、ストリップ静電容量の大きさも実用上違いがない、
(c)2層配線に起因するストリップ静電容量が予想より大きい。これを最小限とするため、2層配線に起因する静電容量を正しく計算出来るモデルを確立すること、2層配線の構造の最適化が必要である、
(d)TDR設計では広ピッチ(最大250ミクロン)n面ストリップを使用するが、電荷収集効率、位置分解能について測定で確認する必要がある、
等が判明した。平成6年度には(c)のための特殊大型サンプル検出器数種を製作し、また(d)のため、ストリップ構造の異なる広ピッチnストリップ・サンプル検出器を製作し、現在試験を準備中である。これらの試験結果を含めて、SVD用2層配線付きDSSDのTDR設計に沿ったプロトタイプを製作する予定である。
(3)ACF実装方の開発
新たに開発した異方導電性フィルムによる両面狭ピッチ(50ミクロン)一括(600ストリップ)ボンディング(ACFボンディング)を試行し、99.9%以上の接続率を期待出来る段階に達している。新実装方の放射線耐性についても良好な結果を得ている。さらに平成6年度には50ミクロン・ピッチ、600本の薄い(数ミクロン)の金メッキ銅ストリップをもつカプトン・ケーブルを開発し、このフィルムをボンディング・ブリッジとするACFボンディングを試験し、中間結果として良好な結果を得ている。
(4)高速で不感時間のない低雑音増幅器VLSIの開発
極めて短いビーム衝突間隔をもつBファクトリー等での実験に対応するため、高速で不感時間のない128チャンネル低雑音増幅器VLSIの開発を進めてきた。KEKでの開発は1次試作を経て平成7年2月に2次試作のプロセスが終了した。現在までの結果では、VLSIの各部分とも正常に動作しているので、今度は雑音特性などの詳細な試験に移る。CERNの開発によるシステムは平成7年2月にKEKにおいてビーム試験が行われ、結果は現在データ解析中である。耐放射線SOIプロセスについては基本パラメーターを収集した。
2 FRICHの開発
CERNにおいてTAE/メタン・ガスによる実機大FRICHプロトタイプの初めてビーム試験を行い、期待された結果を得た。その後より高い粒子選別能力を有する個体ホトカソード、特にCsIホトカソードのよるFRIH開発に進み、平成6年7-10月に上記プロトタイプに大型CsIホトカソードを装備してビーム試験を行った。PWCの不安定性等の問題は克服してビーム試験は成功したが、大型CsIホソカソードの量子効率を初期の値(15%)まで向上させ長期間安定に維持することは困難であることが判明した。薄いCsIホトカソードを装備した小型FRICHのビーム試験は平成6年10月にKEKで行われ、平均7.6個の光電子を得たが、量子効率は10%程度に止まり、上記の問題は解決出来なかった。

研究成果

• [文献書誌] The BEEL collaboration: "A Study of CP Violation in B meson Decays:Technical Design Report" To be printed as a KEK report in March 1995.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] By The BELLE Collaboration.: "LETTER OF INTENT FOR A STUDY OF CP VIOLATION IN B MESON DECAYS." KEK-94-2. 199 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Takeshi Matsuda at,al.: "DESIGN CONSDERATIONS FOR MOS PLXEL FOR SINGLE SIDED TWO-DIMEMSIONAL DETECTOR." KEK-PREPRINT-94-36,Jun 1994.21pp.Presented at the 1994 Symposium on Radiation Measurements and Applications,The Univ.of Michigan,Ann Arbor,U.S.A.,May 16-19,1994,Submitted to Nucl.Instrum.Meth.,A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Saitoh et,al.: "DEVELOPMENT OF NOVEL FABRICATION TECHINIQUES FOR A SILICON MICROVERTEX DETECTOR UNIT USING THE FLIP CHIP BONDING METHOD." KEK-PREPRINT-93-165,Dec 1993.Submitted to the IEEE.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] C.Fukunaga et,al.: "VERTEX DETECTOR FOR KEK B FACTORY." Nucl.Instrum.Methods. A342. 287-291 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Tanaka et,al.: "LSI DESIGN AND DATA ACQUISITION ARCHITECTURE FOR A SILICON MICROVERTEX DETECTOR AT THE KEK B FACTORY." Nucl.Instrum.Methods. A342. 149-155 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Takashi Matsushita et,al.: "TOTAL DOSE EFFECTS OF GAMMA RAY IRRADIATION ON SOI MOS TRANSISTORS." KEK-PREPRINT-94-195,Feb 1995,19pp.Submitted to Nucl.Instrum.Meth.A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hirokazu Ikeda et,al.: "CHARACTERIZATION OF THE WIDE PITCH OHMIC SIDE READOUT FOR A SILICON MICROSTRIP DETECTOR." KEK-PREPRINT-94-170,Dec 1994,31pp.Submitted to Nucl.Instrum.Meth.A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Shoji Okuno et,al.: "A STACKED DIELECTRIC FILM FOR A SILICON MICROSTRIP DETECTOR." KEK-PREPRINT-94-143,Nov 1994,22pp.Submitted to Nucl.Inst.Meth.A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Saitoh at,al.: "NEW PROFILED SILICON PIN PHOTODIODE FOR SCINTILLATION DETEDCTOR." KEK-PREPRINT-94-145,Nov 1994,5pp.Submitted to IEEE.Trans.on Nucl.Sci.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hirokazu Ikeda(KEK,Tsukuba).: "TIME DOMAIN ELECTRONIC NOISE GENERATION FOR A MONTE CARLO STUDY OF SIGNAL PROCESSING." KEK-PREPRINT-94-126,Oct 1994,38pp.Submitted to Nucl.Instrum.Methods.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] C.Fukunaga et,al.: "A TRANSPUTER BASED DISTRIBUTED FRONTEND DATA ACQUISITION SYSTEM." KEK-PREPRINT-93-214,Mar 1994,18pp.Contributed to the 6th Transputer/Occam Intemational Conference on Jun 16-17,1994,Tokyo Metropolitan University,Tokyo,Japan.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Takashi Matsushita et,al.: "RADLATION SUSCEPTIVITY OF A NONRAD-HARD 1,2-MICROMETER CMOS." Nucl.Instrum.Meth. A350. 199-203 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Okuno et,al.: "NEW INSULATOR FILM OF INTEGRATED CAPACTTOR FOR A SILICON STRIP DETECTOR." KEK-PREPRINT-93-169,Dec 1993,4pp.IEEE 1993 Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference,San Francisco,CA,31 Oct-6 Nov 1993.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Manobu Tanaka at,al.: "READOUT SYSTEM OF THE SILICON MICROSTRIP VERTEX DETECTOR FOR THE KEK B FACTORY." KEK-PREPRINT-93-92,Aug 1993,16pp.Presented at the International Symposium on Development and Applications of Semiconductor Tracking Detectors,May 22-24,1993,Hiroshima,Japan.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hirokazu Ikeda et,al.: "DESIGN STUDY OF CMOS VLSI FOR KEK B FACTORY SILICON MICROVERTEX DETECTOR." Nucl.Instrum.Meth. A332. 269-276 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Brenner et,al.: "RESULTS FROM DOUBLE SIDED SILICON MICROSTRIP DETECTOR WITH FIELD PLATE SEPARATION." Nucl.Instrum.Methods. A326. 198-203 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] O.Tokar er,al.: "VIKING:A CMOS LOW NOISE MONOLTHIC 128-CHANNEL FRONTED FOR SI STRIP DETECTOR READOUT." Nucl.Instrum.Meth. A340. 572-579 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.Seguinot,et al.: "BEAM TESTS OF A FAST RICH PROTOTYPE WITH VLSI READOUT ELECTORONIC" Nucl.Instrum.Meth. A350. 430-463 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] J.L.Guyonnet et al.: "OPERATION OF A FASTRICH PROTOTYPE WITH VLSI READOUT ELECTRONICS." Nucl.Instrum.Methods. A343. 178-191 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Z.Cheng et al.: "Prototype Studies of a Fast RICH Detector with a CsI Photocathode" (to be published).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] The BELLE collaboration: "A Study of CP Violation in B meson Decays : Technical Design Report" To be printed as a KEK report in March 1995.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] The BELLE Collaboration.: "LETTER OF INTENT FOR A STUDY OF CP VIOLATION IN B MESON DECAYS." KEK-94-2, Apr 1994.199pp.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Takeshi Matsuda at.al.: "DESIGN CONSIDERATIONS FOR MOS PLXEL FOR SINGLE SIDED TWO-DIMENSIONAL DETECTOR." KEK-PREPRINT-94-36, Jun 1994.21pp.submitted to Nucl.Instrum.Meth., A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Saitoh et.al.: "DEVELOPMENT OF NOVEL FABRICATION TECHNIQUES FOR A SILICON MICROVERTEX DETECTOR UNIT USING THE FLIP CHIP BONDING METHOD." KEK-PREPRINT-93-165, Dec 1993.Submitted to the IEEE.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] C.Fukunaga et.al.: "VERTEX DETECTOR FOR KEK B FACTOR" Nucl.Instrum.Methods. A342. 287-291 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Tanaka et.al.: "LSI DESIGN AND DATA ACQUISITION ARCHITECTURE FOR A SILICON MICROVERTEX DETECTOR AT THE KEK B FACTORY." Nucl.Instrum.Methods. A342. 149-155 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Takashi Matsushita et.al.: "TOTAL DOSE EFFECTS OF GAMMA RAY IRRADIATION ON SOI MOS TRANSISTORS." KEK-PREPRINT-94-195, Feb 1995.19pp.Submitted to Nucl.Instrum.Meth., A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hirokazu Ikeda et.al.: "CHARACTERIZATION OF THE WIDE PITCH OHMIC SIDE READOUT FOR A SILICON MICROSTRIP DETECTOR." KEK-PREPRINT-94-170, Dec 1994,31pp.Submitted to Nucl.Instrum.Meth.A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shoji Okuno et.al.: "A STACKED DIELECTRIC FILM FOR A SILICON MICROSTRIP DETECTOR." KEK-PREPRINT-94-143.Nov 1994.22pp.Submitted to Nucl.Inst.Meth.A.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Saitoh at.al.: "NEW PROFILED SILICON PIN PHOTODIODE FOR SCINTILLATION DETECTOR." KEK-PREPRINT-94-145, Nov 1994.5pp.Submitted to IEEE Trans.on Nucl.Sci.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hirokazu Ikeda (KEK,Tsukuba).: "TIME DOMAIN ELECTRONIC NOISE GENERATION FOR A MONTE CARLO STUDY OF SIGNAL PROCESSING." KEK-PREPRINT-94-126, Oct 1994.38pp.Submitted to Nucl.Instrum.Methods.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] C.Fukunaga et.al.: "A TRANSPUTER BASED DISTRIBUTED FRONTEND DATA ACQUISITION SYSTEM." KEK-PREPRINT-93-214, Mar 1994.18pp.Contributed to the 6th Transputer/Occam International Conference on Jun 16-17,1994, Tokyo Metropolitan University, Tokyo, Japan.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Takashi Matsushita et.al.: "RADIATION SUSCEPTIVITY OF A NONRAD-HARD 1.2-MICROMETER CMOS." Nucl.Instrum.Meth.A350. 199-203 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Okuno et.al: "NEW INSULATOR FILM OF INTEGRATED CAPACITOR FOR A SILICON STRIP DETECTOR." KEK-PREPRINT-93-169, Dec 1993.4pp.IEEE 1993 Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, San Francisco, CA,31 Oct-6 Nov 1993.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Manobu Tanaka at.al: "READOUT SYSTEM OF THE SILICON MICROSTRIP VERTEX DETECTOR FOR THE KEK B FACTORY." KEK-PREPRINT-93-92, Aug 1993.16pp.Presented at the International Symposium on Development and Applications of Semiconductor Tracking Detectors, May 22-24,1993, Hiroshima, Japan.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hirokazu Ikeda et.al: "DESIGN STUDY OF CMOS VLSI FOR KEK B FACTORY SILICON MICROVERTEX DETECTOR." Nucl.Instrum.Meth.A332. 269-276 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R.Brenner et.al: "RESULTS FROM DOUBLE SIDED SILICON MICROSTRIP DETECTOR WITH FIELD PLATE SEPARATION." Nucl.Instrum.Methods. A326. 198-203 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] O.Toker et.al.: "VIKING : A CMOS LOW NOISE MONOLITHIC 128-CHANNEL FRONTEND FOR SI STRIP DETECTOR READOUT." Nucl.Instrum.Meth.A340. 572-579 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.Seguinot, et al.: "BEAM TESTS OF A FAST RICH PROTOTYPE WITH VLSI READOUT ELECTRONIC" Nucl.Instrum.Meth.A350. 430-463 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] J.L.Guyonnet et.al.: "OPERATION OF A FAST RICH PROTOTYPE WITH VLSI READOUT ELECTRONICS." Nucl.Instrum.Methods. A343. 178-191 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Z.Cheng et.al.: "Prototype studies of a Fast RICH Detector with a CsI Photo cathode" (to be published).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] C.Fukunaga et.al.: "A TRANSPUTER BASED DISTRIBUTED FRONTEND DATA ACQUISITION SYSTEM." KEK-PREPRINT-93-214,Mar 1994.Contributed to the 6th Transputer/Occam International Conference on Jun 16-17,1994,Tokyo Metropolitan University,Tokyo,Japan.(1994)
• [文献書誌] Takashi Matsushita et.al.: "RADIATION SUSCEPTIVITY OF A NONRAD-HARD 1.2-MICROMETER CMOS." KEK-PREPRINT-93-196A,Feb 1994.20pp.Submitted to Nucl.Instrum.Methods A. (1994)
• [文献書誌] Y.Saitoh et.al.: "DEVELOPMENT OF NOVEL FABRICATION TECHNIQUES FOR A SILICON MICROVERTEX DETECTOR UNIT USING THE FLIP CHIP BONDING METHOD." KEK-PREPRINT-93-165,Dec 1993.5pp.Submitted to the IEEE Nucl.Sci.Symp.,San Francisco,Calif.,Nov 2-6,1993.(1994)
• [文献書誌] S.Okuno et.al.: "NEW INSULATOR FILM OF INTEGRATED CAPACITOR FOR A SILICON STRIP DETECTOR." KEK-PREPRINT-93-169,Dec 1993.4pp.IEEE 1993 Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference,San Francisco,CA,31 Oct-6 Nov 1993.(1994)
• [文献書誌] C.Fukunaga et.al.: "VERTEX DETECTOR FOR KEK B FACTORY." KEK-PREPRINT-93-115,SEP 1993.Submitted to Nucl.Instrum.Meth.(1994)
• [文献書誌] Manobu Tanaka et.al.: "READOUT SYSTEM OF THE SILICON MICROSTRIP VERTEX DETECTOR FOR THE KEK B FACTORY." KEK-PREPRINT-93-92,Aug 1993.Submitted to Nucl.Instrum.Meth.(1994)
• [文献書誌] M.Tanaka et.al.: "LSI DESIGN AND DATA ACQUISITION ARCHITECTURE FOR A SILICON MICRO VERTEX DETECTOR AT THE KEK B FACTORY." KEK-PREPRINT-93-67,Jul.1993.Submitted to Nucl.Instrum.Meth.(1994)
• [文献書誌] Y.Saitoh et.al.: "DEVELOPMENT OF NEW ASSEMBLY TECHNIQUES FOR A SILICON MICROVERTEX DETECTOR UNIT USING THE FLIP CHIP BONDING METHOD." KEK-PREPRINT-93-60,Jul 1993.18pp.Submitted to Nucl.Instrum.Meth.(1994)
• [文献書誌] Manobu Tanaka et.al.: "DATA SCANNER AND EVENT BUILDER FOR THE SMVD OF THE KEK B FACTORY." Submitted to the 8th IEEE Conference on Real Time Applications in Nuclear,Particle & Plasma Physics(Realtime'93),Vancouver,B.C.,Canada,Jun 8-11,1993.(1994)
• [文献書誌] Ryoji Enomoto et.al.: "TEST OF VARIOUS PHOTO CATHODES." KEK-PREPRINT-93-43,Jun 1993.4pp.Talk presented at '1st Workshop on RICH Detectors',Bari,Italy,Jun 2-5,1993.(1994)
• [文献書誌] J.L.Guyonnet et.al.: "Operation of A fast-RICH Prototype with VLSI Redaout Electronics." To be submitted to Nucl.Instrum.Meth.(1994)