Transition radiation tracker Il gruppo ATLAS - Udine D. Cauz, M. Cobal, B. Delotto, C. del Papa, H. Grassmann, G. Pauletta, L. Santi Inner Detector Silicon Pixel Silicon Strips Transition radiation tracker Il gruppo di Udine collabora alla costruzione del vertice del rivelatore ATLAS. 1

Inner Detector Pixel detector: 3 inner barrels + 2 x 3 wheels 50x400 m pixel 140106 canali SCT 3 Outer barrels + wheels 80 m x 12 cm strip 6 106 canali TRT 4 mm radius straw tubes 0.4 106 canali 2 ….in particolare, ha contribuito, dall’inizio, alla progettazione ( sensori --- Saverio) costruzione e test del rivelatore a pixel

Attivita’ e responsabilita’ del gruppo Hardware Progettazione sensori (S. D’Auria) Test dei silici per il rivelatore a Pixel dell’ esperimento ATLAS (D. Cauz) Coordinazione del test beam del rivelatore Pixel dal 2002 al 2004 (M. Cobal) S/W di supporto (L.Santi) Software per test dei silici (sistema computerizzato misure aplanarita’) Definizione del ByteStream per il rivelatore a pixel. Mantenimento del codice nel software ufficiale di ATLAS (fino a Dicembre 2004) Realizzazione del monitoring online per il rivelatore a pixel Fisica etc Coordinazione gruppo fisica del top (fino a Luglio 2005) (M. Cobal) Coordinazione ATLAS Speakers Committee ( M. Cobal) Da allora sono passato diversi anni. Con il tempo e l’evoluzione del gruppo, si sono evolute anche le attivita’ che riassumo qui’ Le passero brevemente in rivista, iniziando con con quella con cui il gruppo ha eserdito e che continua ancora…… Conformemente alle esigenze, si e’ sviluppato S/W di supporto……. ..e con l’avvicinarsi all’entrata in funzione del rivelatore, ora si stanno sviluppando attivita’ piu vicine alla fisica che si fara’. 3

I Moduli Minima unita’ del rivelatore (1456 nel barrel, 288 nei dischi) Area sensibile (tegola di sensori pixel al silicio) letta da 16 FE chips connessi via bump bonding ai sensori. I chips sono controllati da un Module Controller Chip (MCC) . Routing del segnale effettuato da un circuito Flex-Hybrid incollato alla faccia inferiore del sensore pigtails sensor Flex Hybrid MCC FE chip MCC 4

I wafers di Silicio N-side P-side Ogni tile (16.4x60.8 mm2): 328x144 celle a pixels: 50 mmx400 mm, 250 mm di spessore. Tile 1 Tile 3 Tile 2 N-side P-side Side – structures: diodi (CV) single chips (one frontend chip- size) --- test beam (IV) minichips (IV) --------- MOS verniers n+ pixel in materiale di tipo n, isolamento p-spray moderato Bias grid per effettuare test prima dell’ assemblaggio dei moduli. Silicio ossigenato per migliorare la resistenza alle radiazioni ed aumentare il tempo di permanenza a temperatura ambiente. 5

Test dei silici a Udine Misurare 500 tegole buone (circa 200 wafer) su un totale di 2000 tegole (1000 CIS+1000 Tesla) prodotte. Gestire la spedizione dei wafer dai laboratori alla ditta AMS, fungendo da centro di smistamento. Il laboratorio dei Silici, completato nel 1997, ha contribuito alla scelta ed al design finale dei sensori per il rivelatore a pixel di ATLAS Dal 2001 sono cominciati i test di pre-produzione e produzione dei sensori (CIS e Tesla) scelti dall’ esperimento. Il compito affidato ad Udine e………. 6

Il laboratorio dei Silici una camera pulita (18 m2) per il lavoro sui wafer di silicio A questo fine vien costruita na camera pulita. Fondamentale tra le attrezzature e’ una “probe station” ………. una “probe station” per la manipolazione e test dei wafer . 7

Protocollo di misura dei test di qualita’ I test di qualita’ sui wafers sono effettuati in accordo con l’ ATLAS Pixel Sensor Quality plan. Test di tipo ottico, meccanico, elettrico e di aplanarita’ da realizzarsi nei vari siti in condizioni standard di temperatura (20oC< T< 24oC), umidita’ (< 50%), in camera pulita, con filtri per l’ aria e condizionatori. Per garantire risultati confrontabili lungo tutto il periodo di misura e tra i vari laboratori, si effettuano calibrazioni e cross- calibrazioni. Rate di misura: 1 wafer/giorno Test meccanici ---- misure thickness Test ottici --- visula check for defects using microscope ( x 20 ---- x 60 ) --------- x 500 when defects suspected ---- allineamento delle maschere ----- ID check Aplanarity -- < 40 micron ---see Diego’s material -- santi 8

Operational Voltage Vop: max(150 V, Vdep+50V Test elettrici C-V diodes Misure C-V -> Depletion Voltage Vdep: voltaggio per il quale si raggiunge il plateau nel plot C-V. Da questo Operational Voltage Vop: max(150 V, Vdep+50V Resistivita’: d2/ (2Vdepmeesie0) Breakdown voltage Vbd: Voltaggio max a valore di corrente I <2mA per tiles, I<100nA per single chips, I<25nA per mini chips. Slope di corrente : Iop/I50. Misure I-V --per tiles, single chips e minichips I-V tiles 9

Status Udine ha misurato un quarto dei sensori prodotti per i due layer piu` esterni e gli end-cap: ~250 tegole buone (prodotte da CiS) ~250 tegole buone (prodotte da ONS) Udine e` impegnata nella misura di un terzo dei sensori che saranno prodotti per il layer piu` interno (B-layer) Altre 250 tegole buone Preproduction CIS da feb – Nov 2001 Prod CIS dal Maggio 2002 – DIc. 2003 Preprod Tesla: Feb 2001 – Feb 2003 Prod tesla : aprile – Agosto 2004 ONS = nuovo nome della Tesla 10

Il lavoro e’ documentato nella nota: INFN/AE-05/01 11

generatore di onda quadra a 40 MHz Test Beam Moduli test Piazzati in Cold Box strip 3 strip 4 180 GeV  strip 1 strip 2 Fascio H8 trigger scintillator Quattro piani di microstrip TDC start stop generatore di onda quadra a 40 MHz Test Beam 2004 Installazione e 3 settimane di presa dati : 26 Giugno – 2 Luglio, 12-25 Agosto Testati moduli completi, di produzione provenienti da 3 diversi siti di produzione gia’ qualificati. sensori di silicio ossigenato CiS FE-I3 +MCC-I2 –per la prima volta su fascio Bump-bonding :AMS (Indio) e IZM (Pbsolder) Non irraggiati (7) e IRRAGGIATI (7) 12

Programma: voltage scan per tutti i moduli irraggiati Scan in angolo di diverse condizioni operative, per comprendere i diversi contributi all’(in-)efficienza di rivelazione, : Pixel dead time: 2 diversi TOT tuning (15 e 30 per 20K e-) Column dead time: Fast column-clock 40 Mhz readout, Slow column-clock 20 MHz readout End of Column buffer occupancy e column latency: 2 diversi valori di latenza: 130 e 255 Riproduzione di situazioni “realistiche” di flusso di particelle Fascio a intensita’ normale e ad alta intensita’ : da 1 a 7.3*10**7 particelle/cm2/s (~2XB layer) Verifica sul campo della duplicazione hardware degli hit con basso ToT (solo analisi software su dati 2003) : esaminati 4 valori di soglia per la duplicazione. 13

Fisica Fisica del top: Il gruppo top in ATLAS (co-coordinato da M. Cobal), conta adesso ~ 50 persone ha gia’ svolto un notevole lavoro (note ATLAS, pubblicazioni, presentazioni a conferenze, TDR dell’ esperimento ATLAS) SUSY: si conta continuare in ATLAS l’attuale lavoro in CDF(Giordani) Recentemente e’ sorta una collaborazione tra Udine, NIKHEF ed il centro di Fisica Teorica di Miramare (C. Verzegnassi) per lo studio degli effetti SUSY virtuali sulla produzione di top. In questo ambito: “LHC day” Workshop, in via di organizzazione a Trieste il 25 Maggio 14

proficua collaborazione !! Primo passo verso una proficua collaborazione !! 15