Radiation tolerance and signal risetime of the cms pixel detector

Abstract

The Compact Muon Solenoid (CMS) is one of the main experiments at the large hadron collider (LHC). This thesis presents the study of two important features of the CMS pixel detector. The first study shows the performance of the present sensor technology as a function of the irradiation levels comparable to those expected at an upgraded LHC. Thus, it establishes a reference point for the lifetime of the detector. The study also shows changes in the operation voltage of the detector as a function of the irradiation levels. Pixels were irradiated using positive protons of 2.6 MeV and tested using a Sr-90 source. The second study refers to the timing response of the pixels when a signal passes through them. As the bunch crossing time in the LHC is 25 ns, pixels have to send their data on time to avoid information loss. The study shows the timing response as a function of the irradiation levels as well as the geometric location of the pixels in the array. To measure this time a new technique was developed which resulted in greater precision.

Uno de los experimentos principales en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el “Compact Muon Solenoid” (CMS). Esta tesis describe el estudio de dos importantes características del detector de pixeles del CMS. El primer estudio muestra el desempeño del sensor con la actual tecnología en función de los niveles de irradiación esperados de un LHC actualizado. Por consiguiente, se establece un punto de referencia para el tiempo de vida del detector. Este estudio también muestra los cambios en el voltaje de operación del detector en función del nivel de irradiación. Los pixeles se irradiaron usando protones de energía 2.6 MeV y se estudiaron usando una fuente radioactiva de estroncio 90. El segundo estudio se refiere al tiempo de respuesta de los pixeles cuando una señal los atraviesa. Ya que el tiempo entre colisiones en el LHC es de 25 ns, los pixeles tienen que enviar su información a tiempo y así evitar la pérdida de ésta. El estudio muestra el tiempo de respuesta de los pixeles como función de los niveles de irradiación, así como de la ubicación geométrica de ́estos en la matríz. Para medir este tiempo se implemento ́ una nueva técnica, que da como resultado una medida m ́as precisa.