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

Resumen

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN en Ginebra es un colisionador de protones que ha contribuido a importantes descubrimientos científicos. En 2013, se anunció la actualización del LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC) para aumentar la luminosidad de cinco a siete veces el diseño original. El objetivo es alcanzar una luminosidad de 5 × 1034 cm2 y potencialmente 7 × 1034 cm2. Esta actualización apunta a entregar una luminosidad integrada de 4000 en 12 años. Para manejar el aumento en la tasa de datos y los niveles más altos de radiación, los experimentos del LHC están siendo actualizados. El experimento ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) está siendo mejorado significativamente, incluyendo el reemplazo completo de algunos sub-detectores como el nuevo detector de rastreo interno (ITk) y la adición de nuevos sistemas como el High Granularity Timing Detector (HGTD). El HGTD, que se instalar¿ia en ambos extremos de ATLAS para el HL-LHC en 2029, proporcionaría mediciones precisas del tiempo de las trazas, complementando la información espacial del ITk. El HGTD utiliza detectores de avalancha de baja ganancia (LGAD, del ingles Low Gain Avalanche Detector) como tecnología de detección, ofreciendo una resolución temporal de alrededor de 30 ps . En el contexto de esta tesis, se realizaron estudios sobre sensores LGAD producidos por IMB-CNM, tanto antes como después de la irradiación a los niveles de fluencia esperados en el HGTD. La electrónica de lectura para LGAD, el chip de lectura temporal ATLAS LGAD (ALTIROC), fue diseñado específicamente para habilitar la toma de datos de los sensores LGAD asegurando un pequeño impacto en la resolución temporal. El módulo HGTD comprende dos sensores LGAD y dos chips de lectura, conectados a través de un único PCB flexible de módulo (cable flexible del módulo). Esta tesis presenta los estudios realizados con los módulos HGTD para verificar su cumplimiento con las especificaciones de HGTD. Además de la física de alta energía, los detectores semiconductores con multiplicación de carga también tienen usos posibles para aplicaciones médicas. Ademas, los dispositivos CMOS tienen el potencial de reducir costes en comparación con soluciones específicas. En esta tesis se investigan diodos de avalancha, o Single Photon Avalanche Detectors (SPADs), basados en CMOS para dicha aplicación.

Fecha de lectura	26 jul 2024
Idioma original	Inglés
Supervisor	Sebastian Grinstein (Director/a), Lucía Castillo García (Director/a) & Stefano Terzo (Director/a)