Fisica dei Rivelatori

Fisica dei Rivelatori

Introduzione S. Nuzzo

Rivelatori al silicio V. Manzari

Rivelatori a gas G. Iaselli

Identificazione di particelle E. Nappi

Apparati per fisica agli acceleratori M. De Palma Apparati per fisica astroparticellare C. De Marzo

(Lezione 1/2)

V. Manzari – INFN Bari

Vito.Manzari@cern.ch

Introduzione alla fisica dei rivelatori a semiconduttore negli esperimenti di fisica

delle alte energie

Programma

2 Seminari non possono coprire interamente un campo tanto vasto

Lezione 1

- Introduzione

- Principi di funzionamento Lezione 2

- Rivelatori classici: Microstrip e Pixel - Rivelatori a memoria: Drift, CCD

- Sviluppi in corso

Introduzione

Introduzione What do we want to do

Past, present and near future

Why use semiconductor detectors

Determined position of primary interaction vertex and secondary decays

– Superb position resolution

• Highly segmented ⇒ high resolution – Large signal

• Small amount of energy to create signal quanta – Thin

• Close to interaction point – Low mass

• Minimise multiple scattering – Detector

History of tracking

Physicists always want to ’see’ elementary particles During the years different techniques developed to visualize the tracks of particles:

– nuclear emulsion – cloud chamber – bubble chamber – spark chamber

– streamer chamber

Most widely used among the older track recording techniques

Passage of a charged particle is recorded as a track of developed Ag-halide grains (∼ 0.2µm in diameter) Layer of emulsion (∼ 600µm thick) covers a plate, a number of these are stacked together

Produced δ-rays (0.1 - 5 keV) provide large energy deposit to develop grains

Nuclear Emulsion (2/4)

MIP produces typically ∼ 270 developed grains per 1mm of track length

Measurement of exposed grain density (δ-electrons) measure dE/dx, at lower energies ∼1/β²

For stopping particles the range is used for energy determination

For relativistic particles the angles between successive chords - multiple scattering provide determination of pβ

Advantage and disadvantages

☺ excellent spatial precision ∼1µm no time resolution

practically limited to neutral beams (ν, n)

mixture of elements (as a target, unless the emulsion is ’loaded’)

tedious microscopic observation (today used in conjunction with spectrometers)

Nuclear Emulsion (4/4) Nuclear emulsion events

Sensitive volume filled with an equilibrium mixture of gas and vapor

Sudden drop in pressure (by expansion) causes temperature decrease and the vapor became supersaturated

Droplets are formed on gas ions left after the passage of charged particle

Ions have long enough life-time in gas so the chamber can be triggered

Tracks are then stereo photographed

Cloud chambers (2/4) Two types of cloud chambers:

– expansion (Wilson) chamber

• operates in cycling mode, after expansion the filling is recompressed

• has sensitive time fraction of second

• was used mainly for cosmic rays

– diffusion chamber

• diffusion of the vapor into the cold region is used instead of expansion

Advantages and disadvantages

☺ relatively larger sensitive volume

☺ triggering (for expansion chamber) film measurement:

☺ better than for emulsion but still tedious

slow cycling rate

low density (as target)

suspected to contamination

loss of sensitivity under high load

Claud chambers (4/4)

Multi-plate Wilson chamber for cosmic rays

Nov. 1955

Detects particles using superheated liquid (inverse of cloud chamber)

– Superheated diethyl-ether (∼ 100°C above boiling point) violently boiled triggered by cosmic rays (Glaser 1952)

– More convenient is to reduce pressure

– Photograph with rapid camera showed clearly defined tracks

Fast enough expansion can provide a brief period of sensitivity - no special requirement for materials

Bubble chambers (2/4)

liquid is initially maintained at pressure above the vapor-liquid equilibrium

pulling a piston, ∼ 1ms after particle passage, the pressure suddenly drops

along the track many δ-electrons are produced which in turn create ions

in recombination the heat is produced which is presumably responsible for bubble formation bubbles growth to the size ∼10 µm

Measurement of bubble density enables determination of β Use of liquid hydrogen (Alvarez, Wood)

Rapid growth of dimensions – 1954 1.5in; 1959 72in

Other liquid used:

– cryogenic D₂, He, Ne, Ar and Xe (-20°C) – room temperature C₃H8 and CF₃Br

Hydrogen used as an elementary target Heavy liquid ν interactions, γ conversions

Bubble chambers (4/4) Advantages and disadvantages

☺ good spatial precision (10 - 150 µm)

☺ large sensitive volume

☺ 4π geometrical acceptance

☺ different materials as target

tedious photograph measurements limited statistics

sensitive time ∼1ms, no triggering for low x-section

March 1960

Bubble chambers

30 cm hydrogen bubble chamber (CERN)

1973

Bubble chambers

Gargamelle heavy liquid bubble chamber

Sept. 1970

Oct. 1973

Bubble chambers

BEBC in 1977

and in 1997

1978

Measuring films

1961

Set of parallel metallic plates inserted in volume filled with a noble gas (He-Ne mixture)

Each second plate is connected to pulsed high-voltage supply and ground

After particle passage signaled by external triggering detectors high-voltage pulse is applied creating a field

∼20kV/cm

At the places of initial ionization avalanche discharge is produced forming a spark

Track of sparks is photographed or recorded electronically (or acoustically)

Spark chambers (2/2) Advantages and disadvantages

☺ Spark chamber can be triggered

☺ Sensitive time ~1µs

☺ rather high intensity (~10⁶ particles/s) Can be used without photographing on film Limited spatial resolution ≥300µm

Relatively long dead time ~100 ms Pulsed high-voltage

April 1969

Spark chamber

CERN Microcosm exhibition

Large gap spark chamber (Chikovani 1963)

Special high-voltage system providing field of ~20kV/cm (i.e. amplitude ~500 kV) for very short time ~15ns

During such time the sparks do not developed from one electrode to the other but only in vicinity of initial ions left by particles

Tracks of streamers are photographed on film

Streamer density can be used for particle identification below 1GeV/c

Advantages and disadvantages

☺ Streamer chamber can be triggered

☺ Sensitive time ~1µs

☺ rather high intensity (~10⁶ particles/s) Tedious film measurement

limited statistics

Limited spatial resolution ≥300µm Relatively long dead time ~300 ms

Streamer chambers (2/2)

Jan. 1974

π⁺→µ⁺→e⁺ decay in streamer chamber

1984 Streamer chamber

July 1991

Today’s detectors

Almost all tracking detectors which we discussed have been abandoned

– sensitive time limits the beam intensity – dead time do not allow for high statistics – these limit accessible cross-section

– limited resolution

– many of detectors was not easy to operate

All LHC experiment will use trackers based on silicon devices

– silicon micro-strip detectors – silicon pixel detectors

– silicon drift detectors

Development of radiation hard silicon detectors (RD42) and cryogenic silicon detectors (RD39)

Another development is diamond tracking detectors (RD42) – due to their potentially better radiation hardness

Ages of silicon - the birth J. Kemmer

– Fixed target experiment with a planar diode^* – Later strip devices -1980

– Larger devices with huge ancillary components

* J. Kemmer: “Fabrication of a low-noise silicon radiation detector by the planar process”, NIM A169, pp499, 1980

LEP and SLAC

– ASIC’s at end of ladders

– Minimise the mass inside tracking volume

– Minimise the mass between interaction point and detectors

– Minimise the distance between interaction point and the detectors

Enabled heavy flavour physics i.e. short lived particles

ALEPH

– 2 silicon layers, 40cm long, inner radius 6.3cm, outer radius 11cm – 300µm Silicon wafers giving thickness of only 0.015X₀

– S/N rΦ = 28:1; z = 17:1

Ages of silicon - tracking paradigm CDF/D0 & LHC

– Emphasis shifted to tracking + vertexing Cover large area with many silicon layers

Detector modules including ASIC’s and services INSIDE the tracking volume

Module size limited by electronic noise due to fast shaping time of electronics (bunch crossing rate determined)

A monster !

ATLAS barrel

2112 Barrel modules mounted on 4 carbon fibre concentric

Barrels, 12 in each row

1976 End-cap modules mounted on 9 disks at each end of the barrel region

Measure space points Deduce

- Vertex location - Decay lengths

- Impact parameters

Signature of Heavy Flavours

350µm 1.2 x 10^-12

B^±, B_s⁰

91µm 0.3 x 10^-12

τ^±

Long lived particles τ > 10^-13 s

7.9cm 2.6 x 10^-10

K_S⁰, Λ⁰, ∆⁰

7.8m 2.6 x 10^-8

π, K^±, K_L⁰

Very long lived particles τ > 10^-10 s

658m µ

2.66km n

cτ Stable particles τ > 10^-6 s

By measuring the decay length (L) and the momentum (p) the lifetime of the particle can be determined

Need accuracy on both production and decay point L

Primary vertex Secondary vertex

b = distance of closest approach of a reconstructed b

beam

Impact parameter

Error in impact parameter for 2 precision measurements at R₁ and R₂ measured in two detector planes:

• a=f(R₁ & R₂) and function of intrinsic resolution of vertex detector

• b due to multiple scattering in detector

• c due to detector alignment and stability

2 2

2

c

p a b

b

 +



 

 + 

σ =

σ_b = f( vertex layers, distance from main vertex, spatial resolution of each detector, material before precision measurement, alignment, stability )

Requirements for best measurement

– Close as possible to interaction point – Maximum number of space points

– High spatial resolution

– Smallest amount of material between interaction point and 1^st layer – Good stability and alignment – continuously measured and correct for – 100% detection efficiency

– Fast readout to reduce pile up in high flux environments

Why Silicon

Semiconductor with moderate bandgap (1.12eV) Thermal energy = 1/40eV

– Little cooling required

Energy to create e/h pair (signal quanta)= 3.6eV c.f Argon gas = 15eV

– High carrier yield

⇒ better stats and lower Poisson stats noise – Better energy resolution and high signal

– Higher specific energy loss

⇒Thinner detectors

⇒Better spatial resolution High carrier mobility ⇒ Fast!

– Less than 30ns to collect entire signal Industrial fabrication techniques

Advanced simulation packages – Processing developments – Optimisation of geometry

– Limiting high voltage breakdown

Disadvantages Cost ∝ Area covered

– Detector material could be cheap – standard Si – Most cost in readout channels

Material budget

– Radiation length can be significant – Tracking due to multiple scattering Radiation damage

Principi di funzionamento

Struttura a bande di energia (1/3)

La struttura a bande di energia dei solidi cristallini è una conseguenza della periodicità con cui sono disposti gli atomi a formare il reticolo Atomo di Bohr Livelli energetici Struttura elettronica degli

elementi Principio di esclusione di Pauli Cortecce e sub-cortecce elettroniche

Esempio: Carbonio, Silicio, Germanio, Stagno

C 6 1s2 2s2 2p2

Si 14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

Ge 32 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2

Sn 50 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p2

– Proprietà chimiche singolo atomo

– Proprietà elettriche struttura cristallina Atomo libero ⇒ livelli energetici

Reticolo cristallino:

- potenziale funzione periodica nello spazio ⇒ risultato contributi ciascun atomo - livelli energetici degli e- più interni ⇒ (quasi) inalterati

- livelli energetici degli e- più esterni ⇒ modificati perché condivisi da più atomi o Ogni atomo esercita una forza elettrica sugli atomi adiacenti

o Sovrapposizione delle funzioni d’onda

o Sistema elettronico obbedisce al Principio di esclusione di Pauli

Struttura a bande di energia (3/3)

– E_g ≈6 eV

– bv completamente occupata e bc completamente vuota

– e- non possono acquisire l’energia per la transizione da bv a bc

non è possibile alcun fenomeno di conduzione Semiconduttori intrinseci (o puri): Silicio, Germanio

– E_g ≈1 eV

– a 0 °K: E_g(Si)=1.21 eV e E_g(Si)=0.785 eV ⇒ energia da campo esterno applicato < E_g ⇒ probabilità molto ridotta di transizione da bv a bc

al crescere di T aumenta la conduttività

Metalli:

– bc e bv sovrapposte, solo parzialmente occupata – campo E esterno ⇒ e- possono acquisire energia

e- dei livelli atomici più esterni sono liberi di migrare nel metallo ⇒

⇒ possibili fenomeni di conduzione (corrente elettrica)

forma di tetraedro con un atomo a ciascun vertice:

– IV gruppo tetravalenti 4 e- di valenza

– Ciascun e- di valenza condiviso con uno dei 4 atomi adiacenti – e- in coppia legame covalente

e- di valenza partecipano al legame e restano vincolati al nucleo ⇒

⇒ bassa conduttività

Struttura cristallina di Si e Ge

A T molto bassa la struttura cristallina è quasi ideale (isolante), al crescere di T alcuni legami covalenti si spezzano (energia termica) e i corrispondenti e- sono liberi di migrare attraverso il reticolo

legame covalente spezzato lacuna (h+)

h+ sono portatori di carica analogamente agli e-

a) T = 0°K (no eccitazione termica):

- bv completa - bc vuota

e- occupa una h+ e lascia una h+ nella sua locazione iniziale

(il moto di h+ corrisponde al trasporto di e- in direzione opposta)

corrente elettrica da e- non liberi

Portatori di carica: coppie e-h

Si intrinseco (non-drogato) a T ≈ 300 °K ⇒ coppie e-h per eccitazione termica

Probabilità per unità di tempo che una coppia e-h sia generata termicamente (densità di atomi ionizzati):

A T ≈ 300°K ⇒ kT ≈ 25 meV e la generazione termica di coppie e-h (n = n(E_g/T)) è:

- importante nei SC E_g ≈ 1 eV

- trascurabile nei gas potenziale di ionizzazione ≈ 15 eV

vita media funzione del tipo di reticolo e della purezza

Condizioni stazionarie ⇒ equilibrio dinamico + neutralità di carica

n_e = n_h = n_i

concentrazione e-h costante e per un dato materiale funzione solo di T

ove il numero di stati N_c in bc ed N_v in bv (statistica di Fermi –Dirac) variano come T^3/2 e una costante A caratteristica del mezzo

Ricombinazione di coppie e-h Ricombinazione diretta:

- e- in bc con h+ in bv

- processo raro (conserv. energia ed impulso) - vita media teorica τ ≈ 1 sec.

Sperimentalmente:

- τ ≈ 1 nsec. ÷ 10 msec

- impurità del reticolo centri di ricombinazione livelli energetici permessi nella regione proibita

Rivelatori di radiazione ionizzante:

impurità metalliche, possono introdurre livelli energetici nella regione proibita

I livelli energetici nella regione proibita possono

intrappolare i portatori di carica ⇒ riduzione ampiezza del segnale

2 tipi di meccanismi:

– “centri di intrappolamento”: cariche di un solo tipo, e- o h+,

intrappolate per un tempo lungo rispetto a quello di raccolta del segnale (∼10ns) ⇒ cariche che non contribuiscono al segnale

– “centri di ricombinazione”: sia e- che h+ intrappolati

Ricombinazione ed Intrappolamento ⇒ vita media dei

Semiconduttori drogati

Si intrinseco (puro) con piccole percentuali di atomi trivalenti o pentavalenti ⇒ SC drogato

Droganti Donori: atomi con 5 e- di valenza (P, As, Sb)

- 4 e- in bv per il legame covalente + 1 e- (quasi libero) in un livello energetico nella banda proibita a ≈ 0.05 eV dalla bc

- e- quasi libero facilmente eccitato (kT) in bc ⇒ n_e > n_h - e- portatori maggioritari ⇒ Si n-type

- 3 e- in bv per il legame covalente + 1 livello energetico disponibile nella banda proibita a ≈ 0.05 eV dalla bv

- e- in bv facilmente eccitato (kT) in questo livello lasciando un h+

in bv ⇒ n_h > n_e

- h+ portatori maggioritari ⇒ Si p-type

Substrato di Si

Alcune caratteristiche del Si substrato per detector

– in generale sono presenti sia impurità donori che accettori – ≈ 10¹³ droganti/cm³ (densità del Si ≈ 10²² atomi/cm³)

– Contatti ohmici (Si-metallo) ⇒ Si n+ o p+ (≈ 10¹⁸ ÷ 10²⁰ droganti/cm³) – Legge di azione di massa: in un SC drogato all’equilibrio termico,

indipendentemente dal drogante, risulta:

n_en_h = n_i² = AT³ exp(-E_g/kT) ≈ 2.3 · 10²⁰ cm^-6

e per la neutralità di carica, la densità di carica + e – sono uguali:

N_D + n_h = N_A + n_e

ρ = 1/e(µ_en_e · µ_hn_h) ≈ 1/e µ_majn_maj

Resistività Densità portatori Applicazioni

230 000 Ωcm ∼ 10¹⁰ cm^-3 intrinseco (teorico) 50 000 Ωcm ∼ 10¹¹ cm^-3 intrinseco (in pratica) 100 000 Ωcm ∼ 10¹¹ cm^-3 compensato (N_D ≈ N_A)

5 000 Ωcm ∼ 10¹² cm^-3 alta resistività (rivelatori)

∼ 10 Ωcm ∼ 10¹⁴ cm^-3 drogaggio standard (IC)

∼ 50 µΩcm ∼ 10²⁰ cm^-3 drogaggio elevato (n+ e p+)

Mobilità Mobilità µ = µ(E,T):

campo E applicato ⇒ deriva parallela a E + agitazione termica casuale

v = µE – velocità ∝ E fino a 10⁷ cm/s – µ_e > µ_h

- progettando rivelatori a SC µ ∝ T^-2.4

for e-ion in gas detectors, ≈ 100 eV for photons in scintillators)

High specific density 2.33 g/cm³ ; dE/dx (M.I.P.) ≈ 3.8 MeV/cm ≈ 106 e-h/µm (average)

High carrier mobility µ_e =1450 cm²/Vs, µ_h = 450 cm²/Vs ^⇒ fast charge collection (<10 ns)

Rigidity of silicon allows thin self supporting structures Detector production by microelectronic techniques

Alternative semiconductors Diamond

GaAsSilicon Carbide Germanium

Diamond SiC (4H) GaAs Si Ge

Atomic number Z 6 14/6 31/33 14 32

Bandgap Eg [eV] 5.5 3.3 1.42 1.12 0.66

E(e-h pair) [eV] 13 7.6-8.4 4.3 3.6 2.9

density [g/cm³] 3.515 3.22 5.32 2.33 5.32

the electron density n_e and hole density n_h are equal:

n_e = n_h = n_i For Silicon: n_i ≈ 1.5⋅10¹⁰ cm^-3

4.5 ⋅10⁸ free charge carriers in this volume, but only 3.2 ⋅10⁴ e-h pairs produced by a M.I.P.

Intrinsic carrier concentration 4⇓ orders > signal

⇒ Reduce number of free charge carriers, i.e. deplete the detector

1.1. PonendoPonendo in contattoin contatto 2 campioni2 campioni didi siliciosilicio neutri

neutri ma drogatima drogati p+ and n (p.esp+ and n (p.es. . diffondendo

diffondendo impuritàimpurità p p attraversoattraverso siliciosilicio n-n-type) type) giunzionegiunzione p-p-nn

2.2. FlussoFlusso didi portatoriportatori maggioritari:maggioritari:

-- ee^-- diffondonodiffondono in zonain zona p e hp e h⁺⁺ in zonain zona nn -- ricombinazionericombinazione e-e-hh ed essendoed essendo ilil SiSi inizialmente

inizialmente neutroneutro sisi determinadetermina unauna regione

regione didi caricacarica spazialespaziale (p neg. e n pos.) (p neg. e n pos.) -- sisi stabiliscestabilisce un campo elettricoun campo elettrico e quindie quindi unauna differenzadifferenza didi potenzialepotenziale VV_bibi

(potenziale(potenziale didi contattocontatto o built-o built-in) chein) che sisi

p-n junction

Space charge density Dopant concentration (2)

(3)

(4)

Carrier density

Electric field (5)

(6)

3.3. L’areaL’area p+ (p+ (dell’esempio) ha dell’esempio) ha unauna concentrazione

concentrazione didi carichecariche scopertescoperte piùpiù elevataelevata delladella regioneregione n.n.

4.4. La regioneLa regione svuotatasvuotata didi portatoriportatori liberiliberi è dettaè detta regioneregione didi svuotamentosvuotamento o o didi carica

carica spazialespaziale moltomolto sottilesottile (tipicamente(tipicamente: : ∼∼ 1V su1V su ∼∼10µ10µm)m)

-- la la caricacarica totaletotale nellanella zonazona p = p = caricacarica totale

totale nellanella zonazona nn

-- a causaa causa delladella diversadiversa concentrazioneconcentrazione didi droganti, droganti, l’estensionel’estensione delladella regioneregione didi caricacarica spazialespaziale è maggioreè maggiore nelnel latolato n chen che nelnel latolato pp

-- nelnel casocaso la zonala zona n sian sia SiSi quasi quasi

Space charge density Dopant concentration (3)

(4)

Carrier density

Electric potential Electric field (5)

(6)

(7)

Detector = diodo p-i-n

n⁺ contact N_D≈10¹⁸cm^-3 p⁺ contact

N_A≈10¹⁸cm^-3

bulk N_D~10¹²cm^-3

Substrato: Si quasi intrinseco Contatti: elevato drogaggio

Regione di svuotamento rivelatori di radiazione ionizzante

– Thin depletion zone gets extended over the full junction

⇒ fully depleted detector – High electric field

Energy deposition in the depleted zone, due to traversing charged particles or photons (X-rays), creates free e^--h⁺ pairs

⇒ signal quanta

Carriers swept out by field – e- drift towards n-side – h+ drift towards p-side – Induce detectable current

Depletion width

Depletion Width depends upon Doping Density:

For a given thickness, Full Depletion Voltage is:



 



 +

=

A

D N

N q

W 2εV 1 1

ε

2 W

V

= qN

Tensione di polarizzazione V_bias corrente inversa (piccola) – Fondo rispetto al segnale

– Fonti principali:

– Iniezione di portatori minoritari in corrispondenza degli elettrodi

– Generazione termica di coppie nella regione svuotata – Correnti superficiali che possono essere iniettate nel

substrato anelli di guardia, parametri dell’ossido

– Tipicamente per t≈300µm: ∼100 nA/cm²

Capacitance

Capacitance is due to movement of charge in the junction

Fully depleted detector capacitance defined by geometric capacitance

Strip detector more complex

(

)

dV

C dQ ^D

D A

D

A

ε

µρ ε ε

ε

= +

= 2 2 2

Depends upon detector capacitance and reverse current Depends upon electronics design

Function of signal shaping time Lower capacitance ⇒ lower noise

Faster electronics ⇒ noise contribution from reverse current less significant

Formazione del segnale

Appena una coppia e-h è creata nella regione svuotata, i due portatori di carica soggetti al campo E si muovono in

direzioni opposte verso gli elettrodi di raccolta

- Sugli elettrodi è indotto un impulso elettrico a causa del moto dei portatori di carica in un campo elettrico

- Il segnale è indotto sugli elettrodi appena i portatori iniziano a muoversi

- Tipicamente il tempo di salita τ è:

Most probable charge ≈0.7 · mean Mean charge

• Mean energy loss

dE/dx (Si) = 3.88 MeV/cm

⇒ 116 keV for 300µm thickness

• Most probable energy loss

≈ 0.7 × mean

⇒ 81 keV

• 3.6 eV to create an e-h pair

⇒ 72 e-h / µm (mean)

⇒ 108 e-h / µm (most probable)

Signal to noise ratio (S/N)

Landau distribution has a low energy tail - becomes even lower by noise broadening

Noise sources: (ENC = Equivalent Noise Charge)

• Capacitance

• Leakage current

• Thermal noise

(bias resistor)

Good hits selected by requiring N_ADC > noise tail If cut too high ⇒ efficiency loss

• Drift velocity of charge carriers v ≈ µE, so drift time, t_d = d/v = d/µE Typical values: d=300 µm, E= 2.5 kV/cm,

with µ_e= 1350 cm² / V·s and µ_h= 450 cm² / V·s

⇒ t_d(e)= 9ns , t_d(h)= 27ns Diffusion

• Diffusion of charge “cloud” caused by scattering of drifting charge carriers, radius of distribution after time t_d:

with diffusion constant

• Same radius for e and h since t_d ∝ 1/µ Typical charge radius: σ ≈ 6µm,

could exploit this to get better position resolution due to charge sharing between

How to make a Float Zone silicon wafer?

• Polished n-type silicon wafer (typical ρ ~ 1-10 KΩcm )

• Oxidation (800-1200°C)

• Photolithograpy (coat with photo resist; align mask,

expose to UV light, develop photoresist);

• Etching of oxide

• Doping with boron and phosphorus by implantation (or by diffusion)

- p⁺n junction on front side

- nn⁺ ohmic contact on back side

• Annealing to cure radiation damage and activate dopants

SiO₂

UV light

Boron

Phosphorus Al

etch