Timing and pixel Diamond Plans for phase I and II G. Chiodini and S. Spagnolo INFN and Universita’ Lecce A. Di Ciaccio and R. Cardarelli INFN and Universita’ Roma2 Tor-Vergata M. Villa and C. Sbarra INFN and Universita’ Bologna 4 Mar 2013

Timing and pixel with Diamond Activities on diamond Roma Tor-Vergata group: Diamond in neutron detection with ENEA Luminometro veloce per SuperB Lecce group: Esperimento in gruppo 5 DIAPIX (DIAmond PIXel) Pixels with chip superPIX0 (the same foot-print of chip 3D superPIX1) LE(ATLAS) + MI-BI (CMS) + PV (superB) Timing with diamond (CT+LE) Membri di RD42 ATLAS+CMS+LHC beam monitor ATLAS pixels with chip FEI4 per DBM CMS pixels with chip psi46 per PLT Bologna group: Silicon and Diamond Pixels with chip superPIX0 in collaboration with DIAPIX PRIN2012: Unita’: BO-LE-ROMA2 Principal Investigator: Anna di Ciaccio Titolo: Sviluppo di rivelatori di particelle al diamante sintetico ad elevata risoluzione temporale 3/4/13 Timing and pixel with Diamond

Future activities on diamond C’e’ un interesse dei gruppi di Bologna, Lecce e Roma2 di investire in attivita’ sul diamante a lungo e corto termine all’interno di ATLAS. Prime discussione tra i gruppi a Dicembre 2012. Attesa una evoluzione nei prossimi anni PHASE I Timing per AFP una proposta italiana: https://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=7&sessionId=1&resId=0&materialId=slides&confId=201836 Luminometria (nessun coinvolgimento attuale) ATLAS BCM/BLM e DBM (pixels) PHASE II Pixel per layer interni del tracker RD42 DIAPIX in G5 3/4/13 Timing and pixel with Diamond

10 ps MIP timing with diamond dT=dt/sqrt(Nplane) Rad-hard No leakage current No cooling Robust LVL1 trigger tracking Small signal/noise ratio for MIP Cost Availability in many pieces of large size and high quality to be proven Strong tilted angle More layers Weighted average t=t1*w1…tn*wN NB: Noi crediamo che 30 ps/piano sia possibile (in letteratura 117 ps) 3/4/13 Timing and pixel with Diamond

Electronics for diamond INFN Roma Tor-Vergata group: Electronics far-away from diamond sensor (50 Ohm impedance) Realized amplifier based on SiGe Transistor BFP740 and used in Oct12 testbeam 8 channels SiGe chip founded by INFN and submission expect before june 2013 INFN Lecce group: Following the GSI group approach: minimizing input capacitance with first amplifier stage on diamond sensor RF-amplifier based on SiGE transistor BFR705 as first stage and followed by MMIC amplifier PSA4-5043 as QUARTIC group 3/4/13 Timing and pixel with Diamond

Timing and pixel with Diamond Sensor geometry INFN Roma Tor-Vergata group: Sensor thinning means faster signal and less polarization effects Using 100 um planar sensors Packaging 6 layers in series (under test, results soon) INFN Lecce group 3D structure are faster (250 ps vs few ns??? Track position and angle matter a lot) RD42 succeeded in 3D diamond (very promising and new!!!). In contact with Alexander Oh. Lecce group in contact with 3D diamond sensor Florence group (G. Parrini and S. Sciortino). First prototype before june 2013. Il baseline e’ planare ma a piu’ lungo termine strutture 3D potrebbero migliorare le prestazioni 3/4/13 Timing and pixel with Diamond

Timing and pixel with Diamond Testbeam The diamond timing is strongly noise dependent through the relationship The following resolutions are obtained for the two orientations of the diamond INFN Roma Tor-Vergata group: Mono-crystalline diamond Oct 2012 at CERN SiGe BJT Next Desy in June-July 2013 INFN Lecce group Poly-crystalline diamond Cividec electronics Next Desy in Oct-Nov 2013 σ = trise/(S/N) with trise = 10 ns (S/N)Diamondorthogonal = 13 σt = 770 ps (S/N)Diamondparallel = 145 σt = 69 ps Angle Mean Amp (mV) Sigma(T1-T2) (ps) 130 740 25 127 769 45 180 610 65 195 428 90 (nominal) 233 400/sqrt(2)=282 ps 3/4/13 Timing and pixel with Diamond

DIAPIX WP1: pixel ibridi di diamante R.O. chip: Superpix0 130 nm CMOS sviluppato dalla Coll. SuperB (INFN Bo, Pv Pi) Bump-bonding 3 rivelatori sembra buono (Xray a IZM) pitch=50umx50um Tre rivelatori assemblati sulla carrier board di superPIX0 (Pisa) Test board per chip superPix0 Scan in soglia del pixel (28,5) a Pavia Test di funzionalita’ a Pavia. Test con sorgente a Lecce. Test veloce su fascio fatto da Bologna del secondo rivelatore durante test-beam di SuperB@CERN-SPS. Viste correlazioni spaziali con rivelatori al Silicio. NEXT: pixel al diamante con chip superPIX1 a Integrazione Verticale 3/4/13 Timing and pixel with Diamond

Timing and pixel with Diamond Richieste R&D sul timing con diamante e’ in svolgimento non ci sono richieste esplicite da fare al momento Nel futuro dipendera’ molto dal successo e tempistica del R&D oltre che ad evoluzione di AFP in ATLAS. R&D sui pixel al diamante In attesa dei risultati del PRIN 2012 DIAPIX in gruppo 5 finisce nel 2013 Prossimi pixel ibridi con superPIX1 (stesso footprint di superPIX0) ancora non finanziato (perche’ ancora non pronto) Si chiede che G1 (quindi ATLAS e CMS) manifesti interesse sul R&D dei pixel a diamante per gli UPGRADE Di FASE II affinche’ in G5 venga dato supporto Partecipazioni a RD42: Due riunioni all’anno. Estremamente utili, anzi necessarie. Sempre partecipato e fatto presentazioni. Usati fondi di formazione e G1 (G5 no missioni estere). In caso di necessita’ richiesta supporto ad ATLAS Italia 3/4/13 Timing and pixel with Diamond