1 Dottorando Andrea Micelli University of Udine ATLAS Pixel Upgrade R&D: I sensori 3D,...

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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 dell’area morta del sensore

• indipendenza da guard ring

Svantaggi:

• maggiore capacità• non uniformità del sensore• difficoltà di produzione

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3D vs planari

3D Planar

Depletion voltage <10 V 70V

Edge sensitivity < 5 μm 500μm

Charge 1MIP (300mm) 24000e- 24000e-

Capacitance 30-50fF 20fF

Collection distance 50μm 300μm

Speed 1-2 ns 10-20ns

• maggiore resistenza alla radiazione • maggiore velocità di collezione

Principali candidati per il prossimo rivelatore a pixel per sLHC.

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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

Entrambi hanno substrato di tipo p, diametro delle colonne 10 μm che penetrano su uno o su entrambi i lati del substrato. Colonne n+ (c. di giunzione) sono isolate (p-spray) mentre le p+ (c. ohmiche) collegate collegate fra loro tramite unica metalizzazione, elettrodo negativo (tensione di bias).

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Attività di laboratorio: test beam

Caratterizzazione dei sensori utilizzando pioni a 180GeV/c π+ dell’ SPS del Cern, in presenza di campo magnetico

Apparato sperimentale:• attrezzatura e DuT inseriti all’interno del dipolo magnetico, con campo magnetico verticale di 1.6T • 3 DuT: 1 planare, 1 Stanford a colonna passante, 1 FBK-3EM9• 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 30000 eventi per avere una buona statistica

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Analisi

L’analisi sta riguardato:

• Time over Threshold (ToT) : studio della carica raccolta nel pixel

• charge sharing: suddivisione di carica tra i pixel (dovuto al passaggio della carica ionizzante tra più pixel o alla modifica del drift delle cariche ionizzante a causa dell’angolo di Lorentz prodotto da un campo magnetico)

• residui

• efficienza

efficienza charge sharing

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Misure effettuate a Trento

• tensione di breeak down (misure I-V)

• capacità (misure C-V): legata al rumore??? Le faccio lunedì

• correnti di perdita: ??? Devo chiedere al prof. Dalla Betta lunedì

• laser: informazione sulla tensione di completo svuotamento. quando la quantità di carica raccolta satura completo svuotamento

• rumore: esiste ma non è stata fatta

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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)

iii. attività di laboratorio e collaborazione col’IRST di Trento

Attività di software

i. collaborazione iniziata con Cern - Oslo e SLAC ii. analisi dei dati collezionata durnate I test beam per tutti i sensori

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Buck up

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Contributo

Contributo personale:

contributo al setup dell’apparato sperimentale del test beam

presa dati e partecipazione agli shifth dei test beam (Ottobre - Novembre)

analisi dei dati

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- Dal 20 Nov LHC è in funzione

- il 23 Nov prime collisioni

- E = 900 GeV

Prima collisione registrata nel rivelatore a Pixel di ATLAS

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