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Detektorentwicklung

Für das Jahr 2024 ist ein Ausbau des LHC (HL-LHC) geplant. Ziel ist es, die Luminosität um eine Größenordnung zu erhöhen. Durch die damit verbundene Erhöhung der Strahlenbelastung ergeben sich erheblich höhere Anforderungen an die Halbleitersensoren im Spurdetektor, so dass neue strahlenharte Sensoren benötigt werden. In Freiburg testen wir im Rahmen der RD50-Kollaboration vielversprechende strahlungsresistente Materialien für Halbleiterdetektoren.

Aufgrund der höheren Luminosität am HL-LHC ist die Erneuerung des Siliziumstreifendetektors im ATLAS-Experiment notwendig. Wir entwickeln dazu Elektronik und Prototypdetektoren sowie bereiten die Produktion des neuen Siliziumstreifendetektors für den Vorwärtsbereich des ATLAS-Experiments vor.

 

Details 

Für das Jahr 2024 ist ein Upgrade des LHC (HL-LHC) geplant. Ziel ist es, die Luminosität um eine Grössenordnung zu erhöhen, sowie die Bunch Crossing Zeit von 25 ns auf 10 ns zu senken. Durch die damit verbundene Erhöhung der Strahlenbelastung ergeben sich erheblich höhere Anforderungen an die Halbleitersensoren im Spurdetektor, so dass neue strahlenharte Sensoren benötigt werden. Die in bestehenden LHC-Spurdetektoren verwendeten p-in-n Siliziumdetektoren haben bei solch hohen Strahlungsdosen eine Lebenserwartung von einem Jahr. Daher werden für Spurdektoren im HL-LHC wesentlich strahlenhärtere Detektoren als bisher benötigt. In Freiburg testen wir im Rahmen der RD50-Kollaboration  vielversprechende strahlungsresistente Materialien für Halbleiterdetektoren (z.B. Czochralski-Silizium, p-Type Silizium) und Geometrien (3D-Detektoren) mit Laser und einer Beta-Quelle vor bzw. nach der Bestrahlung. Dabei werden wichtige Detektoreigenschaften, wie die Effizienz der Ladungssammlung (CCE), das Rauschen oder das Signal/Rausch-Verhältnis bestimmt und somit Aussagen über die Strahlungshärte getroffen.

 

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Abb. 1: Siliziumstreifensensor

 

Darüberhinaus bereiten wir die Produktion des neuen Siliziumstreifendetektors des ATLAS-Experiments durch Entwicklung verschiedener Prototypdetektoren vor. Sowohl Ausleseelektronik als auch der Bau von Detektormodulen wird entwickelt und im Reinraum durchgeführt. Mit verschiedenen Methoden (elektrisch, Testrahlmessungen, mit einer Beta-Quelle) werden die Prototypen detailliert getestet und auf ihre Anwendbarkeit im ATLAS-Experiment untersucht.

 

 

Abb. 2: Prototyp eines Siliziumstreifendetektors für den Vorwärtsbereich des Spurdetektors im ATLAS-Experiment

 

Mitarbeiter an der Detektorentwicklung:  

Marc Hauser, Prof. Karl Jakobs, Dr. Susanne Kühn, Ines Meßmer, Dr. Riccardo Mori, Dr. Ulrich Parzefall, Fabian Schnell

 

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