% --------------------------------------------------------------------
% DPG 96 Vortrag
% Author: H. Kroha
% --------------------------------------------------------------------
%
%FORMAT latex % use LATEXE format
\documentstyle[epsfig]{article}
% ---------------------------------------------------------------------
\oddsidemargin -0.7cm
\evensidemargin -0.7cm
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\headsep 25pt
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\textwidth 170mm
\columnsep  9mm

\font\tenrm=cmr10

\pagestyle{empty}

%\psdraft

\begin{document}
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page0
%

\noindent
\begin{center}
{\Huge\bf Laser-Alignierungssystem mit}
\vskip 0.7cm
{\Huge\bf transparenten}
\vskip 0.7cm
{\Huge\bf Silizium-Streifensensoren}
\vskip 2.5cm

\noindent
{\Huge \underline{Hubert Kroha}}
\vskip 0.8cm

\noindent
{\huge V.~Bartheld, S.~Schael, A.~Stadler, P.~Widmann}
\vskip 1.0cm

\noindent
{\huge Max-Planck-Institut f\"ur Physik, M\"unchen}
\end{center}
\vskip 2.5cm

\begin{huge}
{\baselineskip=9mm
\noindent
Entwicklung motiviert durch die Anforderungen an die Alignierung
moderner Teilchenspurdetektoren: hohe Pr\"azision, gro\ss e Distanzen,
komplexe Geometrie}
\end{huge}

\vskip 2.0cm
\begin{Huge}
\begin{itemize}
\item
Prinzip

\item
Sensortechnologien und Ausleseelektronik

\item
Laser und Lichttransport mit optischen Fasern

\item
Me\ss genauigkeit

\item
Anwendungen
{\Large (siehe auch Vortrag von A.~Ostapchuk)}
\end{itemize}
\end{Huge}

\vspace{0.5cm}
\noindent
{\Large NIM {\bf A367} (1995) 413}

\vfill\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page1
%

\begin{center}
\framebox[17.3cm]{\Huge\bf Mehrpunkt-Alignierungssystem (MPA)}
\end{center}
\vskip 1cm

\begin{figure}[hbt]
\begin{center}
\mbox{\epsfig{figure=faser1.eps,width=\textwidth}}
\end{center}
\end{figure}
%
\vskip 0.5cm

\begin{itemize}
\begin{huge}

\item
Kollimierte Laserstrahlen +
transparente optische\hfill\break
Positionssensoren

\item
Laserdioden + Lichtverteilung mit optischen Fasern
\vspace{0.5cm}

{\Large 
Ankopplung der Laserdioden
an Monomodenfasern (SMF):\hfill\break
Laserstrahlen mit Gau\ss schem Strahlprofil und hoher
Richtungs- und Formstabilit\"at;\hfill\break
Aufspaltung in zahlreiche Strahlen \"uber Faserverzweiger oder
-schalter, verf\"ugbar von Telekommunikationsanwendungen.}

\end{huge}
\end{itemize}
%

\vfill\eject
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page2

\begin{center}
\framebox[12.0cm]{\Huge\bf Optische Streifensensoren}
\end{center}
\vfill\eject


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page3
%
\begin{center}
\framebox[18.5cm]{\Huge\bf Kristalline Silizium-Streifensensoren (c-Si)}
\end{center}
\vskip 1.5cm

\begin{figure}[hbt]
\begin{center}
\mbox{\epsfig{figure=sistrip.eps,width=0.9\textwidth}}
\end{center}
\end{figure}
\vskip 2cm

\begin{huge}
\noindent
Implantierte $p^+$-Streifen, eingebettet in $n^+$-Implantat, auf
n-Silizium
%
\vskip 2cm
\noindent
\begin{tabular}{p{5cm}p{15cm}}
c-Si-Wafer: & $50-300~\mu$m Dicke\\
SiO${}_2$-Schicht:   & 90~nm Dicke (beidseitig)\\
Si${}_2$N${}_3$-Schicht: & 30~nm Dicke (beidseitig)\\
& \\
Vorspannung: & 0 -- 25~V\\

\end{tabular}
\end{huge}
\vfill\eject

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page4
%

\begin{center}
\framebox[18.0cm]{\Huge\bf Amorphe Silizium-Streifensensoren (a-Si)}
\end{center}
\vskip 1.5cm

\begin{figure}[hbt]
\begin{center}
\mbox{\epsfig{figure=asipsd.eps,width=0.9\textwidth}}
\end{center}
\end{figure}
\vskip 2cm

\begin{huge}
\noindent
Schottky-Dioden (Deckelektroden),\hfill\break
\noindent
a-Si:H zwischen transparenten
ITO-Streifenlagen
%
\vskip 2cm
\noindent
\begin{tabular}{p{5cm}p{15cm}}
a-Si:H-Film: & $0.5-1.0~\mu$m Dicke\\
ITO-Lagen:   & $50-100$~nm Dicke\\
Glassubstrat: & $0.5$~mm Dicke\\
& \\
Vorspannung: & 1 -- 3~V\\

\end{tabular}
\end{huge}
\vfill\eject

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page5
%
\begin{center}
\begin{table}[t]
\begin{huge}
\noindent
{\bf Eigenschaften der Silizium-Streifendioden}
\vskip 1cm

\begin{tabular}{|p{6cm}|c|c|}
%
\hline        
Sensortyp   & c-Si & a-Si \\
\hline
Aktive Fl\"ache & $20\times 20$~mm${}^2$ & $20\times 20$~mm${}^2$ \\
%
Streifenzahl & 67 & $64\times 64$ \\
%
Streifenabstand & $300~\mu$m & $312~\mu$m \\
%
Streifenbreite & $280~\mu$m & $300~\mu$m \\
%
Siliziumdicke & $300~\mu$m & $\le 1~\mu$m \\
%
Sensitive Tiefe & $\sim 20~\mu$m & $\sim 1~\mu$m \\
%
\hline
%
Hall-Beweglichkeit  & & \\
%
\hspace{2mm}$\mu_p^H$~[cm${}^2$/Vs] &
310 & $10^{-4}$ \\
%
\hspace{2mm}$\mu_n^H$~[cm${}^2$/Vs] &
1650 & $10^{-2}-10^{-3}$ \\
%
Lorentz-Drift\hfill\break
\hspace{3mm}(bis B=4~T)
& $<1~\mu$m & $\ll 1~\mu$m \\
%
\hline   
Transmission  & $71\%$    & $>80~\%$  \\
              & (1064~nm) & (690~nm) \\
              &           & $>90\%$   \\
              &           & (790~nm) \\
%
\hline   
Strahlablenkung (RMS) & & \\
unkorrigiert & $<30~\mu$rad & $<5~\mu$rad \\
korrigiert   & $<\hphantom{3}2~\mu$rad & $<1~\mu$rad \\
%
\hline   
Ortsaufl\"osung (2D) & & \\
\hspace{2mm}$\sigma_x$ & $\hphantom{3}2~\mu$m & $1~\mu$m \\
\hspace{2mm}$\sigma_y$ & $25~\mu$m & $1~\mu$m \\
\hline   
%                       
\end{tabular}
\end{huge}
\end{table}
%
\end{center}

\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page6
%
\begin{center}
\framebox[12.2cm]{\Huge\bf Ortsaufl\"osung der Sensoren}
\end{center}

\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page7
%
\begin{center}
\framebox[6.2cm]{\Huge\bf Laserdioden}
\end{center}
\vskip 2cm

\begin{center}
\begin{huge}
\noindent
\begin{tabular}{|l|c|c|}
\hline
& {\bf Wellenl\"ange} & {\bf Transmission}\\
\hline
%
\multicolumn{3}{|c|}{a-Si--Sensoren}\\
\hline
%
{\bf GaAsP\hphantom{s} LD} & 690~nm & $>80\%$ \\
%
{\bf GaAlAs LD} & 790~nm & $>90\%$ \\
\hline
\multicolumn{3}{|c|}{c-Si--Sensoren}\\
\hline
%
{\bf InGaAs LD} & 1064~nm & $>70\%$ \\
\hline
%
\end{tabular}
\end{huge}
\end{center}

\vfill\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page8
%
\begin{center}
\framebox[18.0cm]{\Huge\bf Faserankopplung und Kollimatoroptiken}
\end{center}
\vspace{10.0cm}

\begin{huge}
\noindent
Strahldivergenz: $\alpha\approx (4/\pi )\cdot (\lambda / d_0)$
\vskip 0.5cm

\noindent
Beispiel:
\end{huge}

\begin{center}
\begin{huge}
\noindent
\begin{tabular}{|r|c|cc|}
\hline
Distanz & Brennweite $[$mm$]$ & $d_0$ $[$mm$]$ & $d_{\rm max}$ $[$mm$]$\\
\hline
 2~m  &  11 &  2.0 & 2.2 \\
10~m  &  17 &  3.0 & 4.2 \\
20~m  &  24 &  4.2 & 6.0 \\
\hline
%
\end{tabular}
\end{huge}
\end{center}

\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page9
%
\begin{center}
\framebox[11.2cm]{\Huge\bf Sensorausleseelektronik}
\end{center}
%
\begin{figure}[h]
\begin{center}
\mbox{\epsfig{figure=asic.eps,width=0.80\linewidth}}
\end{center}
\vskip 1cm

{\huge
\baselineskip=9mm
\noindent
Ausleseschema f\"ur Silizium-Streifendioden.\hfill\break

\noindent
Integrierte Ausleseelektronik 
(ASIC-Chips) nach diesem Schema ist in Entwicklung.}
\end{figure}
%
\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page10

\begin{center}
\framebox[16.2cm]{\Huge\bf Strahlablenkung durch c-Si Sensoren}
\end{center}

\vskip 0.5cm
\begin{huge}
{\baselineskip=9mm
\noindent
Doppelseitig polierte Silizium-Wafer

\noindent
Verteilungen der Laserstrahlablenkung $\Delta x$ und $\Delta y$ 
in $\mu$rad vor und nach Korrektur (Interpolation zwischen Rasterpunkten)
}
\end{huge}

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\begin{tabular}{cc}
\mbox{\epsfig{figure=abl015x.eps,width=0.50\linewidth}} &
\mbox{\epsfig{figure=abl015y.eps,width=0.50\linewidth}} \\
\end{tabular}
\end{center}
\end{figure}

\vskip -2cm
\begin{figure}[hb]
\begin{center}
\mbox{\begin{tabular}{c}
{\epsfig{figure=abl094x.eps,width=0.60\linewidth}} \\
{\epsfig{figure=abl094y.eps,width=0.60\linewidth}} \\
\end{tabular}}
\end{center}
\end{figure}
%
\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page11

\begin{center}
\framebox[16.2cm]{\Huge\bf Strahlablenkung durch a-Si Sensoren}
\end{center}

\vskip 1.0cm
\begin{huge}
\noindent
{\baselineskip=9mm
Feuerpoliertes Glassubstrat (``Fensterglas'')

\noindent
Verteilungen der Laserstrahlablenkung $\Delta x$ und $\Delta y$ 
in $\mu$rad
}
\end{huge}

\begin{figure}[hbt]
\begin{center}
\mbox{\epsfig{figure=ablglas6.eps,width=0.75\textwidth}}
\end{center}
\end{figure}
\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page12

\begin{center}
\framebox[16.2cm]{\Huge\bf Strahlablenkung durch a-Si Sensoren}
\end{center}

\vskip 1.0cm
\begin{huge}
{\baselineskip=9mm
\noindent
Planare Spezialglasscheiben f\"ur Fl\"ussigkristallanzeigen

\noindent
Verteilungen der Laserstrahlablenkung $\Delta x$ und $\Delta y$ 
in $\mu$rad vor und nach Korrektur (Interpolation zwischen Rasterpunkten)
}
\end{huge}

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\begin{tabular}{cc}
\mbox{\epsfig{figure=ablg102dx.eps,width=0.50\linewidth}} &
\mbox{\epsfig{figure=ablg102dy.eps,width=0.50\linewidth}} \\
\end{tabular}
\end{center}
\end{figure}

\vskip -2cm
\begin{figure}[hb]
\begin{center}
\mbox{\begin{tabular}{c}
{\epsfig{figure=ablg10x.eps,width=0.60\linewidth}} \\
{\epsfig{figure=ablg10y.eps,width=0.60\linewidth}} \\
\end{tabular}}
\end{center}
\end{figure}
%
\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page13

\begin{center}
\framebox[7.5cm]{\Huge\bf Anwendungen}
\end{center}
\vskip 2cm

\begin{huge}
\begin{itemize}
\item
 ATLAS Myonspektrometer (Zentral- und Vorw\"artsbereich)

\noindent
 {\Large ca.\ 100 Laserstrahlen, 1500 Sensoren}
\item
 Ausrichtung der Montagevorrichtungen f\"ur die ATLAS-Myonkammern
\item
 ATLAS Innendetektor (Silizium- und TRT-Detektoren)

\noindent
 {\Large strahlungsresistente Sensoren,}

\noindent
 {\Large optische Sensoren integriert auf den Si-Wafern}

\item
 CMS Myonspektrometer
\item
 HERA-B Silizium-Vertexdetektor
\item
 HERA-B Spurdetektoren
\item
 Supraleitende Magnete des Large Hadron Colliders

\noindent
 {\Large Sensoraufl\"osung unbeeinflu\ss t durch hohe Magnetfelder}
\item
 Siliziumz\"ahlerteleskop des AMS-Experiments zur Suche nach
 Antimaterie im Weltraum auf der internationalen Raumstation Alpha

\noindent
 {\Large optische Sensoren integriert auf den Si-Wafern}
\end{itemize}
\vspace{1cm}
\end{huge}

\begin{Large}
\noindent
Testst\"ande
f\"ur ATLAS Alignierungssysteme: Inbetriebnahme Sommer 1996
\end{Large}

\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page14

\centerline{\huge\bf Alignierung des ATLAS Myonspektrometers}

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\mbox{\begin{tabular}{c}
{\epsfig{figure=tower2.eps,width=0.9\linewidth}}
{\epsfig{figure=fmpraxial.eps,width=0.9\linewidth}}
\end{tabular}}
\end{center}
\end{figure}

\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page15

\centerline{\huge\bf Alignierungsprinzip f\"ur das ATLAS}
\vskip 0.5cm
\centerline{\huge\bf Vorw\"arts-Myonspektrometer}
\vskip 2cm

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\mbox{\epsfig{figure=endcap.eps,width=\linewidth}}
\end{center}
\end{figure}

\noindent
\begin{huge}
{\baselineskip=9mm
Universell anwendbar f\"ur die Vermessung beliebiger ausgedehnter
Objekte}
\end{huge}
\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Page16

\centerline{\huge\bf ATLAS Vorw\"arts-Myonspektrometer}

\begin{figure}[h]
\begin{center}
\mbox{\begin{tabular}{c}
{\epsfig{figure=bar3d.eps,width=0.9\linewidth}}
{\epsfig{figure=barrphi.eps,width=0.9\linewidth}}
\end{tabular}}
\end{center}
\end{figure}

\eject
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\end{document}
