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Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Elettrica,

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Presentazione sul tema: "Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Elettrica,"— Transcript della presentazione:

1 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica Primo anno 2009 Relatori prof. Luca Selmi prof.ssa Marina Cobal N Caratterizzazione di sensori al silicio per il progetto IBL (Insertable B-Layer) per lesperimento ATLAS a LHC

2 3 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade ATLAS 3 Layers:3 Layers: B-Layer, 286 modules Layer-1, 494 modules Layer modules 6 disks:6 disks: 144 modules Pixel detector module 46 m 25 m 7000 t 1,3 m 35 cm Pixel detector ATLAS detector 2

3 3 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Rivelatori al silicio: principi base Pixel detector module Giunzione p-n: applicando una tensione inversa alla giunzione si crea una zona priva di cariche libere al passaggio di una particella si producono coppie e -, h + il segnale viene raccolto agli elettrodi sotto forma di impulso di corrente Generazione di coppie elettrone-lacuna

4 4 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Introduzione – L upgrade dellLHC (Fase 1 in ) ed il progetto sLHC (Fase 2) richiederanno un nuovo rilevatore a pixel di Silicio. – Layer addizionale, resistente alla aumentata radiazione (Insertable B-Layer o IBL) posizionato nelle vicinanze del fascio di particelle. – Tale layer dovrà avere: - una ridotta tensione di svuotamento - un ridotto tempo di cattura delle cariche - un aumento della velocità - una minore regione a charge sharing – Sensori considerati: - Full-3D active edge (colonne passanti - 3D Stanford) - Double Sided 3D sensors – (FBK, Fondazione Bruno Kessler, Trento) - Sensori planari IBL

5 5 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade R&D: I sensori 3D, caratteristiche Vantaggi: superficie elettrodi maggiore rispetto al caso dei planari campo elettrico più elevato distanze brevi (~50 μm) basse tensioni di svuotamento tempi di raccolta ridotti resistenza alla radiazione (radiation hardness) bordo attivo (active edge): uniformità del campo elettrico nel bordo del sensore pochi micron dellarea morta del sensore Svantaggi: maggiore capacità non uniformità del sensore difficoltà di produzione

6 6 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade 3D vs planari 3DPlanar Depletion voltage<10 V70V Edge sensitivity< 5 μm500μm Charge 1MIP (300mm)24000e- Capacitance30-50fF20fF Collection distance50μm300μm Speed1-2 ns10-20ns maggiore resistenza alla radiazione maggiore velocità di raccolta delle cariche Principali candidati per il prossimo rivelatore a pixel per sLHC.

7 7 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade R&D: 3D FBK 3D-STC (Single type Column): colonne di un solo drogante colonne su singola faccia penetranti parzialmente 3D-DDTC (Double Side Double type Column): colonne di entrambi i drogaggi colonne su entrambe le faccie penetranti parzialmente nel substrato Caratteristiche comuni: substrato di tipo p, diametro delle colonne 10 μm. Colonne n + (c. di giunzione) isolate (p-spray) Colonne p + (c. ohmiche) collegate tramite unica metalizzazione

8 8 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Tecniche di caratterizzazione rilevanti per i sensori a pixel Tecniche: Misure elettriche (Cern - Trento): a.tensione di break down (I-V) b.capacità c.correnti di perdita d.rumore: legato al FE e.irraggiamento con sorgenti: luce rossa (laser), γ, β Test beam: grazie al telescopio si ottengono misure di efficenza e risoluzione spaziale Analisi: ToT, charge sharing, residui, efficienza (hit efficiency)

9 6 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Attività di laboratorio: test beam Caratterizzazione dei sensori utilizzando pioni a 180GeV π + dell SPS del Cern, in presenza di campo magnetico Apparato sperimentale: attrezzatura e DUT inseriti allinterno del dipolo magnetico (1.6T) 3 DUT disponibili: 1 planare, 1 a colonna passante, 1 FBK telescopio (Bonn Atlas Telescope - BAT) per la misura delle tracce costituito da tre piani di rivelatori a micro-strip sistema di trigger: 2 scintillatori in fronte al sistema di tracciatura e uno alla fine (Veto) Presa dati: TurboDAQ del Cern acquisiti circa 700 run con circa eventi per avere una buona statistica 9

10 10 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Analisi Lanalisi sta riguardato: Time over Threshold (ToT) : studio della carica raccolta nel pixel charge sharing: suddivisione di carica tra i pixel residui: differenza fra i punti in cui è passata la traccia ricostruita e il centro del pixel in cui si è misurato il max ToT efficienza: rapporto fra il n° di particelle registrate e il n° di particelle entrate nel volume del rivelatore efficienza

11 11 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Misure effettuate a Trento tensione di breeak down (misure I-V) capacità (misure C-V): legata al rumore correnti di perdita laser: informazione sulla tensione di completo svuotamento. quando la quantità di carica raccolta satura completo svuotamento

12 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Attività future Attività di laboratorio: i.caratterizzazioni di dispositivi: test beam e attività di laboratorio a Udine – Cern ii.sensori planari – STA – FBK (3D DTC 90 e 150 μm) anche col nuovo FE (Front End disponibile a Luglio) Attività software i.collaborazione iniziata con Cern - Oslo e SLAC ii.analisi dei dati collezionati durante i test beam 12

13 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Backup 13

14 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade R&D: effetti della radiazione Effetti superficiali: 1.ionizzazione nello strato di passivazione 2.effetti sulle superfici di interfaccia silicio-ossido Effetti sul substrato: disallineamento degli atomi del cristallo. Effetti: 1.incremento della corrente di leakeage 2.diminuzione segnale 3.charge Trapping * 4.modifiche nelle regione di svuotamento e nella tensione di break-down 5.introduzione di difetti con conseguente variazione della concentrazione effettiva del drogaggio * Formazione di livelli energetici allinterno della banda proibita: - fenomeno dell intrappolamento - gen. & ricomb e - h + 14

15 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade Charge sharing 15

16 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade - Dal 20 Nov LHC è in funzione - il 23 Nov prime collisioni - E = 900 GeV Prima collisione registrata nel rivelatore a Pixel di ATLAS 16


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