Χαρακτηρισμός ανιχνευτών πυριτίου για την αναωάθμιση στη φάση 2 του ανιχνευτή Τροχιών του πειράματος CMS

Ασσιούρας, Παναγιώτης; Assiouras, Panagiotis

dc.contributor.author	Ασσιούρας, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Assiouras, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2017-11-24T11:11:24Z
dc.date.available	2017-11-24T11:11:24Z
dc.date.issued	2017-11-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45950
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7628
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Φυσική και Τεχνολογικές Εφαρμογές”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Xαρακτηρισμός	el
dc.subject	Ανιχνευτές πυρυτίου	en
dc.subject	Φυσική υψηλών ενεργειών	el
dc.subject	CMS experiment	el
dc.subject	LHC	el
dc.subject	Electricl characterization	el
dc.subject	Detector physics	el
dc.subject	High energy physics	en
dc.subject	Silicon detectors	el
dc.title	Χαρακτηρισμός ανιχνευτών πυριτίου για την αναωάθμιση στη φάση 2 του ανιχνευτή Τροχιών του πειράματος CMS	el
dc.title	Characterization of silicon detectors for the phase 2 upgrade of the CMS experiment of LHC	en
dc.contributor.department	NCSR Demokritos. Institute of Nuclear and Particle Physics. Detector Instrumentation technology lab	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Physics	el
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85101653
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-01
heal.abstract	Το Compact Muon Solenoid, είναι ένας από τους δύο μεγάλους ανιχνευτές γενικής χρήσης που συνέβαλαν στην πρόσφατη ανακάλυψη του μποζόνιου Higgs καθώς και πολλές αλλές μελέτες στο κομάτι της σωματιδιακής φυσικής . Το εσωτερικό τμήμα του CMS ονομάζεται Tracker και είναι ένας ανιχνευτής πολύ υψηλής ακριβείας που μετρά τις τροχιές των σωματιδίων που δημιουργούνται απο τις συγκρούσεις του LHC. Αποτελείται από ανιχνευτές πυριτίου με υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα και πολυ υψηλούς ρυθμούς απόκρισης (<20nsec). Με συνολική επιφάνεια άνω των 200 τετραγωνικών μέτρών, είναι η μεγαλύτερη συσκευή τέτοιου είδους του που φτιάχτηκε ποτέ. Η αύξηση της στιγμιαίας φωτεινότητας στον αναβαθμισμένο LHC θα οδηγήσει σε πολύ υψηλή αυξημένη πυκνότητα σωματιδίων καθώς επίσης σε ένα πολύ πιο απαιτητικό περιβάλλον από πλευράς ακτινοβολίας. Κατά συνέπεια, ο ανιχνευτής τροχιών του CMS θα χρειασθεί μια σημαντική αναβάθμιση και επανασχεδιασμό των αισθητήρων και των εξωτερικών ηλεκτρονικών συσκευών ανάγνωσης. Καθώς οι ανιχνευτές που έχουν εγκατασταθεί στα πρώτα στάδια της λειτουργίας του LHC δεν έχουν επαρκή αντοχή στην ακτινοβολία και δεν μπορούν να ανταποκριθούν με υψηλή ακρίβεια στο νέο απαιτητικό περιβάλλον. Οι αναβαθμίσεις θα γίνουν σε 2 φάσεις και ο αναβαθμισμένος LHC αναμένεται να είναι πλήρως λειτουργικός το 2026. Μετά τις αναβαθμίσεις θα λειτουργήσει για 10 χρόνια με φωτεινότητα που αναμένεται να φτάσει τα 3000 fb^-1 . Η αναβάθμιση φάσης 1 έχει ήδη πραγματοποιηθεί με την αντικατάσταση του εσωτερικού ανιχνευτή Pixel του CMS tarcker. Στη φάση 2 θα υπάρξουν σημαντικές αλλαγές στον εσωτεικό και στο εξωτερικο τμήμα του Tracker. Το εξωτερικό τμήμα αναμένεται να υπάρξουν 2 νέες μονάδες που ονομάζονται 2S και PS. Αυτοι οι ανιχνευτές θα έχουν 2 αισθητήρες σε πολύ μικρή απόσταση μεταξύ τους με ανιχνευτές strip (2S) και με ανιχνευτές strip και pixel (PS).Οι ανιχνευτές αυτοί θα έχουν την δυνατότητα να διακρίνουν γεγονοτα που είναι ιδιαίτερα σημαντικά απο πλευρά φυσικής με κατάλληλη συσχέτιση των γεγονότων η οποία μπορεί να δώσει πληροφορίες γα την εγκάρσια ορμή των σωματιδίων. Για το λόγο αυτό ξεκίνησε μια μεγάλη εκστρατεία έρευνας και ανάπτυξης R & D από το CMS για τον προσδιορισμό του βέλτιστου σχεδιασμού ανιχνευτών με ιδιαίτερα αυξημένη αντοχή στην ακτινοβολία του μελλοντικού CMS Tracker. Το κύριο μέρος αυτής της εργσιάς είναι ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός μικρών αισθητήρων και τέστ δομών από τα πρώτα πρωτότυπα wafers των 2S και PS μονάδων του εξωτερικού Tracker του CMS . Ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αποτελεί σημαντικό μέρος του προγράμματος διασφάλισης ποιότητας του CMS. Προκειμένου να βρεθούν οι βέλτιστες γεωμετρίες και τα υλικά με τα οποία οι ανιχνευτές αυτοί θα καταφέρουν να ανταπεξέλθουν στις αυξημένες απαιτήσεις της αναβάθμισης του LHC. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη εισαγωγή στη φυσική των ημιαγωγών και τα βασικά δομικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται στους ανιχνευτές πυριτίου. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια περιγραφή του LHC και του πειράματος CMS και των αναβαθμίσεων που θα ακολουθήσουν. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται περιγραφή των βασικών χαρακτηριστικών των ανιχνευτών πυριτίου που χρησιμοποιούνται στη φυσική υψηλών ενεργειών. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού χαρακτηρισμού των δοκιμαστικών δομών και των μίνι αισθητήρων που έχει πραγματοποιηθεί στο εργαστήριο οργανολογίας ανιχνευτών του ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος.	el
heal.abstract	The Large Hadron Collider at the European Council for Nuclear Research in Geneva is sched- uled to undergo a major luminosity upgrade after its lifetime of ten years of operation,in order to maximize its scientific discovery potential. The total integrated luminosity will be increased by a factor of ten, which will dramatically change the conditions under which the four large detectors at the LHC will have to operate. The Compact Muon Solenoid, is one of the two large general purpose detectors which has contributed to the recent discovery of the Higgs boson and many other physics results in particle physics. Its innermost part is called Tracker and it is a high- precision instrument that measures the created particles trajectories. It is composed of silicon detectors with high spatial resolution and rate capabilities. With a total surface of more than 200 square meters it is the largest device of its kind ever built. The increase in instantaneous luminosity in the upgraded LHC will lead to very high in- creased track density at the interaction points of the colliding beams and thus also to a much more hostile radiation environment. As a consequence, the tracker of CMS will require a ma- jor upgrade and redesign of the sensors and read-out electronics, as the components installed at present do not have sufficient granularity and radiation tolerance. The upgrades will be done in 2 phases and the upgraded LHC is expected to be fully operational in 2026. After the upgrades it will operate for 10 years with a luminosity that is expected to reach 3000fb−1. The Phase 1 upgrade has already been performed with the replacement of the inner Pixel Detector of the CMS tracker In Phase-2 there will be major changes in Inner Pixel Detector and the Outer Tracking system with new modules. The Outer Tracker is expected to have 2 new modules that is called 2S and PS module. This modules will have 2 very closely spaced sensors with strip detectors (2S) and with strip and pixel detectors (PS) and they will require discrimination logic of keeping the most interesting physics results depending of the longitudinal momentum of traversing particles. An extensive R&D campaign has therefore been started by the CMS collaboration to identify radiation-hard silicon substrates and sensor technologies that could be implemented in the future tracker. Electrical characterization of mini sensors and test strictures of the first prototype wafers of the 2S and PS module of the Outer Tracker of CMS has been performed. The Electrical charac- terization is an essential part of the quality assurance program of the CMS. In order to identify the geometries and the materials that fulfill the demanding requirements In chapter 1 a brief introduction in the semiconductor physics and the basic building blocks that are used in silicon detectors is made. Chapter 2 gives a description of the LHC and CMS experiment and the upgrades that CMS tracker will undergo in order to operate with high efficiency in the harsh environment after the upgrade.	en
heal.advisorName	Μαλτέζος, Σταύρος	el
heal.advisorName	Λουκάς, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Λουκάς, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Μαλτέζος, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Αλεξόπουλος, Θεόδωρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	127 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true