New Silicon Devices with Charge Multiplication for the ATLAS Upgrade and Medical Applications

Resum

El Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) al CERN de Ginebra és un col·lisionador de protons que ha contribuït a importants descobriments científics. El 2013 es va anunciar l'actualització de l'LHC d'Alta Lluminositat (HL-LHC) per augmentar la lluminositat en un factor de cinc a set vegades el disseny original. L'objectiu és arribar a una lluminositat de 5 ×10^34 cm2 i potencialment 7 ×10^34 cm2 . Aquesta actualització pretén oferir una lluminositat integrada de 4000 durant 12 anys. Per gestionar l'augment de la taxa de dades i els nivells més alts de radiació, els experimentos del LHC estan sent actualitzats. El experimento ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) està experimentant millores significatives, incloent la substitució completa d'alguns subdetectors com el nou detector de traçat intern (ITk) i l'addició de nous com el Detector de Sincronització d'Alta Granularitat (HGTD). L'HGTD, que s'instal·larà en ambdòs extrems d'ATLAS pel HL-LHC el 2029, proporcionarà mesures precises de temps de traçat, complementant la informació espacial de l'ITk. L'HGTD utilitza el detector d'avalanxa de baix guany (LGAD, de I'anglès Low Gain Avalanche Detector) com a tecnologia de detecció, oferint una resolució de temps d'aproximadament 30 p . En el context d'aquesta tesi, es van dur a terme estudis sobre sensors LGAD produïts pel IMB-CNM, tant abans com després de la irradiació als nivells de fluència esperats a l'HGTD. L'electrònica de lectura per a LGAD, el xip de lectura de sincronització ATLAS LGAD (ALTIROC), va ser dissenyat específicament per permetre la presa de dades dels sensors LGAD mentre es garanteix un petit impacte en la resolució temporal. El mòdul HGTD consta de dos sensors LGAD i dos xips de lectura, connectats a través d'un PCB flexible de mòdul únic (cable flexible de mòdul). Aquesta tesi presenta els estudis realitzats amb els mòduls HGTD per verificar la seva conformitat amb les especificacions de l'HGTD. A més de la física d'altes energies, els detectors de semiconductors amb multiplicació de càrrega també tenen possibles aplicacions mèdiques. A més, els dispositius CMOS tenen el potencial de reduir costos en comparació amb solucions específiques. En aquesta tesi es van investigar els díodes d'avalanxa de fotons individuals, o Single Photon Avalanche Diodes (SPADs) basats en CMOS per a aquesta aplicació.

Data del Ajut	26 de jul. 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Sebastian Grinstein (Director/a), Lucía Castillo García (Director/a) & Stefano Terzo (Director/a)