3D pixel sensors for the high luminosity LHC ATLAS detector upgrade
El Gran Acelerador de Hadrones (LHC) localizado en Ginebra es el acelerador m ́as grande del mundo. Produce colisiones protón -protón en el centro del detector ATLAS, el cual recopila la información de las colisiones. El LHC empezó a funcionar en 2008 con una energía en el centro de masas de 7 TeV y...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:240276 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/240276 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Detectors de silici Física d'altes energies Detectores de silicio 3d silicon detectors Física de altas energías High energy physics Atlas fase 2 Atlas phase 2 Ciències Experimentals |
| Sumario: | El Gran Acelerador de Hadrones (LHC) localizado en Ginebra es el acelerador m ́as grande del mundo. Produce colisiones protón -protón en el centro del detector ATLAS, el cual recopila la información de las colisiones. El LHC empezó a funcionar en 2008 con una energía en el centro de masas de 7 TeV y una luminosidad instantánea de 10 cm s . En 2011, la energía fue incrementada hasta 8 TeV. La luminosidad inicial fue incrementada n 2015 hasta 2×1034 cm-2s-1 y la energía ́ en el centro de masas hasta 13 TeV. El extenso programa del LHC incluye mejoras en el acelerador en 2026 hasta una energía de 14 TeV y una luminosidad de 7×10 del LHC (HL-LHC). Esta es conocida como la fase de Alta Luminosidad Siguiendo las mejoras en el LHC, el detector de ATLAS también tiene un programa de mejoras. El detector ATLAS original fue mejorado por primera vez en 2015, una nueva capa de detectores de píxeles (IBL) se montó directamente en la tubería del acelerador para mejorar sus capacidades de detección. Para hacer frente a las condiciones del HL-LHC, el subsistema más interno del detector ATLAS (ID) será completamente reemplazado por el nuevo medidor de trazas interno (ITk). Este nuevo subsistema basado completamente en silicio está formado por capas de detectores de píxeles y capas de detectores de tiras. La capa más interna del nuevo detector de píxeles de ITk es especialmente importante: juega un papel crítico en la determinación del para ́metro de impacto de la traza y, por lo tanto, es fundamental para determinar el b-tagging. Al mismo tiempo, es la capa expuesta a la tasa m ́as alta de partículas y dan ̃o por radiación. Los sensores de píxeles 3D, los cuales son el tema de esta tesis, son los candidato más fuertes para usar en la capa m ́as interna de ITk gracias a las ventajas que ofrecen sobre los detectores de píxeles planares. Dado que en los sensores 3D los electrodos son columnas insertadas en el silicio, en lugar de implantes en la superficie (como en los detectores planares), la distancia entre electrodos esta ́n separadas del espesor del sensor. Esto permite reducir la distancia entre electrodos (por tanto incrementando la resistencia a la radiación ) manteniendo la amplitud de la señal (que es proporcional al espesor). Adema ́s, gracias también a una reducida distancia entre electrodos se reduce el voltage de vaciamiento, por tanto reduce el consumo de potencia. Los sensores de píxeles 3D estudiados en esta tesis fueron acoplados al chip usado en iii IBL, el FE-I4, dado que el primer prototipo de chip que ser ́a usado en ITk (RD53A) solo estuvo disponible en 2018. Fueron estudiados con haces de partículas antes y después de ser irradiados hasta una fluencia de 2.8×1016 neq/cm2 excediendo confortablemente 16 2 los requisitos de ITk de 1.4×10 neq/cm . Una eficiencia del 97% fue alcanzada para la mÁ alta fluencia a 150 V. También, para la fluencia de referencia de 5×1015 neq/cm2 se necesita un voltaje de 40 V para alcanzar la eficiencia del 97% con un consumo de potencia de 1.5 mW/cm2 y para una fluencia de 1×1016 neq/cm2 se necesita un voltaje 2 de 100 V para alcanzar el 97% de eficiencia con un consumo de potencia de 8 mW/cm . Estos resultados muestran que los sensores 3D superan en gran medida la tecnología de sensores planares en t términos de resistencia a la radiación y consumo de potencia. El trabajo original presentado en esta tesis ha resultado en la elección de los sensores de píxeles 3D como la tecnología base para la capa más interna de ITk. |
|---|