Thin LG AD timing detectors for the ATLAS experiment / Maria del Mar Carulla Areste.
Carulla Areste, Maria del Mar, autor.
Pellegrini, Giulio, supervisor acadèmic.
Flores Gual, David, supervisor acadèmic.
Font Guiteras, Lluís, supervisor acadèmic.
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física.

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2019.
Descripció: 1 recurs en línia (229 pàgines)
Resum: El gran col· lisionador de hadrons (LHC), el qual te un circumferencia de 27 quilometres, és l'accelerador de partícules més gran i potent del món. El LHC esta dissenyat per fer col· lisionar protons a 14 TeV en el seu centre de massa, aconseguint una lluminositat de 1024 cm-2 s-1, quan 2808 paquets amb 1011 protons cada un, circulen per l'accelerador. Els paquets estan espaiats per 25 ns, que corresponen a una freqüencia de col · lisió de 40 MHz en cada un dels quatre punts d'interacció. Actualment, la principal prioritat de la estrategia europea per la física de partícules consisteix la explotació del LHC al seu maxim potencial. Es per aquest motiu que una actualització del LHC va ser planejada per tal d'assolir una nova fase d'intensa lluminositat del LHC (HL­ LHC). Aquesta nova fase del LHC (HL-LHC) necessitara una actualització tant de la maquina com dels detectors per tal que en 2030 es col · lecti deu vegades més dades que en el disseny inicial. El principals reptes que hauran de combatre els detectors per aquesta nova fase d'intensa lluminositat seran l'increment de l'ocupació, del pile-up, del ritme de dades i la resistencia a la radiació dels detectors. L'increment en l'ocupació sera mitigat utilitzant detectors amb major granularitat. Per altra banda detectors amb una resolució temporal de 30 ps seran utilitzats per recluir el pile-up. L'objectiu de la present tesis es el disseny, desenvolupament i estudi de detectors de silici amb una elevada granularitat i amb una resolució temporal de 30 ps, els quals compleixen amb les especificacions necessaries per l'actualització del experiment ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus). La col· laboració RD50, la qual investiga en l'estudi de detectors resistents a la radiació, ha proposat els detectors de allau amb baix guany (LGAD) com a detectors per a timing en les Endcap Timing Layers (ETL). En aquesta tesis tres estrategies diferents s'han dut a terme per tal de complir amb les especificacions de granularitat, resolució temporal i resistencia a la radiació de la ETL. La primera estrategia ha consistit en la reducción del gruix dels LGAD per tal de recluir el temps de col · lecció, el temps de pujada i la contribució del intrínsec Landau noise en la resolució temporal. La segona estrategia duta a terme ha estat la minimització de la capacitat per tal de recluir el soroll i la contribució del jitter en la resolució temporal, desenvolupant detectors LGAD pixelats i en strips. Finalment, l'última estrategia s'ha focalitzat en l'ús de diferents impureses per tal de recluir efectes de la radiació derivats de l'ús del bor coma impuresa dopant. La estructura d'aquesta tesis es la següent: en el capítol 2 s'introdueixen el experiments d'altes energies on els detectors seran col · locats, les especificacions que han de complir els detectors en la nova fase d'intensa lluminositat, el funcionament dels detectors, la determinació de la resolució temporal, els efectes de la radiació en els detectors i un resum dels detectors utilitzats actualment per realitzar mesures de timing; en el capítol 3 es presenta les simulacions tecnologiques i experimentals dels detectors dissenyats; en el capítol 4 es resumeix els processos tecnológics realitzats en la fabricació dels detectors; el capítol 5 presenta els resultats cxpcrirncntals dcls dispositius fabricats aba. ns i dcsprós de irradiar-los: el capítol 6 sintctitza la simulació, producció i resultats dels inverse Low Gain Avalanche Detectors (i-LGAD), i el capítol 7 presenta les conclusions i treball fntur dels detectors fabricats.
Resum: The Large Hadron Collider (LHC) with its 27 kilometer in circumference is the world's largest and most powerful particle accelerator. The LHC was designed to collide protons at 14 TeV energy at the center-of-mass. The design luminosity is 1034 cm2 s-1, which is achieved with 2808 circulating bunches, each with - 1011 protons. Bunches are spaced by 25ns, corresponding to a collision rate of 40 MHz at each of the four interaction points. The main priority of the European Strategy for P article Physics is the exploitation of the full potential of the LHC. An upgrade of the LHC to the high-luminosity LHC (HL-LHC) was planned for this purpose. The HL-LHC will require an upgrade of the machine and detectors with a view to collecting ten times more data than in the initial design, by around 2030. The major challenges for the high-luminosity phase are the occupancy, pile-up, high data rates, and radiation tolerance of the detectors. The increase in occupancy will be mitigated using higher granularity. Fast timing detectors with time resolution in the range of 30 ps will be used to reduce pile-up. Fur thermore , precision timing will provide additional physics capabilities. The purpose of the present thesis is the design, development and study of silicon detectors with high granularity and 30 ps time resolution suitable for the upgrade of the A Toroidal LHC Apparatus (ATLAS) experiment in the HL-LHC phase. Low Gain Avalanche Detectors (LGAD) have been proposed by RD50 collaboration as timing detectors for the Endcap Timing Layer (ETL) of ATLAS experiment. Three different strategies have been studied in order to fulfil with the high granularity, time resolution and radiation hardness specifications of devices for the ET L. The first strategy has consisted in detectors thickness reduction to decrease its collection time, rise time and intrinsic Landau noise. The second strategy has been the minimization of the capacitance developing strips and pixels with gain. Finally, the last strategy has lied in the use of other dopants to reduce radiation effects as boron removal. The structure of the thesis is as follows: chapter 2 introduces the major issues in the LHC upgrade, the CERN experiments, the required specifications of particle detectors for the HL­ LHC phase, their working principles, the measurement of time resolution, the microscopic and macroscopic radiation effects, and the state of the art in timing detectors; chapter 3 presents the technological and electrical simulation of the designed devices after the calibration of the technological simulation with the process characterization; chapter 4 gives an outline of the different device processes; chapter 5 presents the obtained results of unirradiated and irradiated devices; chapter 6 condenses the simulation, production and results of inverse Low Gain Avalanche Detectors (i-LGAD), and chapter 7 reports the conclusions and future work of the measured devices.
Nota: Tesi. Doctorat. Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física. 2019.
Drets: L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: Creative Commons
Llengua: Anglès.
Document: Tesis i dissertacions electròniques. ; doctoralThesis ; publishedVersion
Matèria: ATLAS experiment. ; Detectors de radiació
ISBN: 9788449087509

Adreça alternativa: https://hdl.handle.net/10803/667283


230 p, 28.3 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2019-10-14, darrera modificació el 2019-10-19



   Favorit i Compartir