F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Titolo e composizione  Un Super-Tracciatore per SLHC  Pisa (G.

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1 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Titolo e composizione  Un Super-Tracciatore per SLHC  Pisa (G. Tonelli) – coordinatore  Firenze (R. D’Alessandro)  Bari (M. De Palma)  Catania (S. Costa)  Roma Tor Vergata (A. Tucciarone)

2 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Motivazione n Aumentata fluenza e frequenza della macchina (80 MHz) u Maggior danno da radiazione u Maggior occupanza delle celle u Tempo di readout piu’ veloce 2500 fb -1 a SLHC (M. Huhtinen)

3 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Approccio n Sviluppo di rivelatori per la parte piu’ interna (R<60 cm) u Dispositivi con ottimizzata resistenza alle radiazioni e con celle ad alta densita' geometrica, in silicio o diamante in entrambi i casi con tecnologie di costruzione d’avanguardia.  Elettronica veloce con tecnologia CMOS, 0.13  m rad-hard e bassa dissipazione di potenza u Meccanica innovativa “monolitica” con raffreddamento e routing dei cavi incorporati u Layout che permetta l’implementazione di un Trigger di L1 basato sul Tracciatore u Filosofia generale: robustezza, semplicita’, inserimento di poche ma innovative soluzioni tecnologiche. u Obiettivo: realizzazione di un piccolo prototipo completo

4 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS 1. Sviluppo sensori rad-hard n Acquisizione di rivelatori al silicio :  rivelatori cresciuti su spessori epitassiali da 100-150  m con geometria dei dispositivi convenzionale (planare), tipo pixel. u rivelatori con geometria 3D con impiantazioni a colonna in profondita` nel corpo del sensore n Acquisizione di rivelatori con geometria a pixel su corpo di diamante: u deposizione di film spessi di diamante (MWPACVD) ad elevato grado di purezza per la rivelazione del segnale di m.i.p. u acquisizione di sensori di area estesa idonei a dispositivi per il tracciatore u studio della riproducibilita delle prestazioni dei rivelatori prodotti

5 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Raggi < 10 cm n Silicio u Materiali Czoralski (Cz) o Magnetic Cz u Epitassiali u Ossigenati u n-on-p l Risultati raggiunti attualmente promettenti ma necessitano maggiori investigazioni n Diamante u 10 volte piu’ rad-hard del silicio u Metodi di crescita di diamante monocristallino con processi CVD u Promettenti sviluppi per produzione di sensori a grandi aree

6 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS R>10 cm n Possibile “riciclo” attuali pixel di CMS per raggi < 20 cm u Tolleranze alla radiazione fino a fluenze di 3x10 15 cm -2 u Bump-bonding industriali riducono il costo del detector n Sviluppo nuovi disegni (macro pixel o micro strisce) per raggi maggiori u Minimizzazione del costo u Semplificazione delle geometrie e delle maschere u Robustezza ed ingegnerizzazione dell’integrazione

7 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS 2. Elettronica di lettura progetto in tecnologia CMOS 0.13  m in silicio n ottimizzazione del progetto per ridurre la potenza necessaria n realizzazione di un dimostratore prototipo per la lettura di una matrice di pixel

8 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Problemi principali n Single Event Upset  Maggior vulnerabilita’ per dispositivi 0.13  m rispetto a ¼ micron l Cirucuiti di ridondanza n Grande numero di canali di lettura u Problema di efficienza di lettura a causa della lunghezza delle catene di shift-register

9 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS 3. Sviluppo del supporto integrato (meccanico e di raffreddamento) n L’obiettivo e` utilizzare processi di crescita monolitica noti con il nome di ‘protipizzazione rapida’ come la stereolitografia laser (SLA) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS). n creazione di prototipi con diverso materiale e di diverso spessore, con lo scopo di minimizzare la quantita di materiale usato e la conseguente lunghezza di radiazione del supporto del tracciatore n realizzazione del prototipo con raffreddamento integrato efficiente per temperature di –30 o C n costruzione del prototipo con geometria ottimizzata ed equipaggiato con rivelatori radiation hard.

10 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Meccanica e raffreddamento n Modello 3D CAD processato da SW speciale per essere riprodotto in spessori di circa 100 micron n Riduzione del costo per strutture complesse n Nuovo approccio per costruire geometrie “impossibili” per le forme desiderate come ad es. La crecita di canalette di raffreddamento all’interno di strutture meccaniche n Studio del sistema di cooling u Svantaggio principale dell’attuale sistema monofase a C6F14 e’ l’elevata densita’ (2 g/cm3) del materiale u Studio di sistemi bi-fase (ad. Es CO2) l Drawback: collettori e sistema di piping

11 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS 4. Trigger n Ottimizzazione della geometria in modo da potere efficacemente generare il trigger su tracce cariche a partire da segmenti di traccia ricostruiti con elevata precisione. u simulazione di eventi ed ottimizzazione della goemetria su trigger di canali di fisica interessanti u ottimizzazione conseguente della geometria dei vari strati di rivelazione per la realizzazione del protitipo u disegno simulazione ed implementazione della logica di trigger in ASIC o FPGA

12 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Approccio n Lettura completa del detector a basso raggio u ~300-500 moduli ognuno con ~100 hit u Aggregazione in settori di trigger in modo da avere un combinatorio ridotto u Combinazione di 3-5 layer successivi nello stesso settore usando ASIC dedicati (tipo SVX) u Tracciatura e riduzione dei fakes u Trasferimento a FPGA esterne in modo da mettere in relazione con altre primitive di L1. Reconstr.FULL @LHCPIXEL@LHCSLHC Pixels* p T range 1 Ge V asym ptote 1 GeV asymp tote 1 Ge V asympt ote  (d 0 ) (  m) 801515060300120  (z 0 ) (  m) 8020903018060

13 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Compiti U.O. n Pisa u Disegno della meccanica, progetto del raffreddamento e sviluppo del Trigger di L1 n Firenze u Caratterizzazione e qualifica dispositivi con sensori di materiali Cz, MCz, ossigenati, EPI, Diamante n Bari u Sviluppo elettronica di FE, caratterizzazione dispositivi su Silicio n Catania u Caratterizzazione, qualificazione dispositivi (= prototipo di modulo a pixel con sensore di diamante) leggendoli almeno con protoni e raggi cosmici n Tor Vergata u Realizzazione sensori al diamante monocristallino a basso costo e grandi aree

14 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Spese

15 F. Palla INFN Pisa CSN 1 - Roma - 16 maggio 2006 PRIN06 - Un Super Tracciatore per CMS Ripartizione dei fondi