ATLAS Semi Conductor Tracker Opera5on and Performance Dave - - PowerPoint PPT Presentation

ATLAS ¡Semi ¡Conductor ¡Tracker ¡ Opera5on ¡and ¡Performance ¡

Dave ¡Robinson ¡ Cavendish ¡Laboratory, ¡Cambridge, ¡UK ¡

• n ¡behalf ¡of ¡the ¡SCT ¡Collabora<on ¡

ATLAS ¡was ¡fully ¡commissioned ¡in ¡ ¡ 2008 ¡and ¡has ¡been ¡fully ¡exploi<ng ¡ ¡the ¡physics ¡poten<al ¡of ¡the ¡LHC ¡since ¡ the ¡first ¡7TeV ¡pp ¡collisions ¡in ¡2009 ¡

The ¡ATLAS ¡Detector ¡

Tracking ¡: ¡The ¡Inner ¡Detector ¡

2 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

5.6m 1 . 4 m

• ¡C3F8 ¡Cooling ¡(-­‑7oC ¡to ¡+4.5oC ¡silicon) ¡to ¡limit ¡radia<on ¡damage ¡
• ¡Radia<on ¡hard: ¡tested ¡to ¡2x1014 ¡1-­‑MeV ¡neutron ¡equivalent/cm2 ¡ ¡
• ¡Lightweight: ¡3% ¡X0 ¡per ¡layer ¡

The ¡Semi ¡Conductor ¡Tracker ¡(SCT) ¡

3 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

• ¡61 ¡m2 ¡of ¡silicon ¡with ¡6.2 ¡million ¡readout ¡channels ¡
• ¡4088 ¡silicon ¡modules ¡in ¡4 ¡Barrels ¡and ¡18 ¡Disks ¡(9 ¡each ¡end) ¡
• ¡Barrels ¡: ¡|η| ¡< ¡1.1 ¡to ¡1.4, ¡End-­‑caps ¡: ¡1.1 ¡to ¡1.4 ¡<|η| ¡< ¡2.5 ¡
• ¡30cm ¡< ¡R ¡< ¡52cm, ¡space ¡point ¡resolu<on ¡rφ ¡~16µm ¡/ ¡R~580µm ¡

The ¡SCT ¡Sensors ¡

• ¡8448 ¡barrel ¡sensors ¡
• ¡64.0 ¡x ¡63.6mm ¡
• ¡80µm ¡strip ¡pitch ¡
• ¡all ¡supplied ¡by ¡Hamamatsu ¡
• ¡Single ¡sided ¡p-­‑on-­‑n ¡
• ¡<111> ¡substrate, ¡285µm ¡thick ¡
• ¡768+2 ¡AC-­‑coupled ¡strips ¡
• ¡Polysilicon ¡(1.5MΩ) ¡Bias ¡
• ¡Strips ¡reach-­‑through ¡protec<on ¡5-­‑10µm ¡
• ¡Strip ¡metal/implant ¡widths ¡22/16µm ¡
• ¡6944 ¡wedge ¡sensors ¡
• ¡56.9-­‑90.4µm ¡strip ¡pitch ¡
• ¡5 ¡flavours ¡
• ¡82.8% ¡Hamamatsu ¡
• ¡17.2% ¡CiS ¡(some ¡oxygenated) ¡

The ¡SCT ¡Modules ¡

• ¡Back-­‑to-­‑back ¡sensors, ¡glued ¡to ¡highly ¡thermally ¡

conduc<ve ¡substrates ¡for ¡mech/thermal ¡stability, ¡ wire-­‑bonded ¡to ¡form ¡~12cm ¡long ¡strips ¡

• ¡40mrad ¡stereo ¡angle ¡between ¡strips ¡on ¡

¡opposite ¡sides ¡

• ¡1536 ¡channels ¡(768 ¡on ¡each ¡side) ¡
• ¡5.6W/module ¡(rising ¡to ¡~10W ¡aher ¡10 ¡yrs ¡LHC) ¡
• ¡up ¡to ¡500V ¡sensor ¡bias ¡(nominal ¡150V) ¡
• ¡1976 ¡end-­‑cap ¡modules ¡
• ¡3 ¡shapes ¡
• ¡2112 ¡barrel ¡modules ¡
• ¡one ¡shape ¡

5 ¡

• ¡128 ¡channel ¡ASIC ¡with ¡binary ¡architecture ¡
• ¡Radia<on-­‑hard ¡DMILL ¡technology ¡
• ¡12 ¡chips ¡per ¡module ¡(6 ¡each ¡side) ¡
• ¡glued ¡to ¡hybrid ¡(Cu/polyimide ¡flex ¡circuit) ¡
• ¡40MHz ¡(25ns) ¡clock ¡
• ¡20ns ¡front ¡end ¡shaping ¡<me ¡

DAC Binary Pipeline (132 deep) Comparator PreAmp+Shaper Threshold Voltage Edge-Detect circuit Readout Buffer Test-Input Data Compression Circuit t t v “Shaped” input pulse to Comparator “Logic” output of comparator

• ¡3 ¡pipeline ¡bins ¡read ¡out, ¡

centred ¡on ¡L1A ¡trigger ¡

• ¡Hits ¡contained ¡in ¡1 ¡or ¡2 ¡bins ¡
• ¡Timing ¡op<mised ¡using ¡

pajern ¡of ¡hits ¡in ¡the ¡3 ¡<me ¡ bins ¡

The ¡ASICs ¡(ABCD ¡Chips) ¡

6 ¡

Op<cal ¡Link ¡Redundancy ¡Schemes ¡

VCSEL ¡ VCSEL ¡ P-­‑I-­‑N ¡ VCSEL ¡ VCSEL ¡ P-­‑I-­‑N ¡ VCSEL ¡ VCSEL ¡ P-­‑I-­‑N ¡ VCSEL ¡ VCSEL ¡ P-­‑I-­‑N ¡ VCSEL ¡ VCSEL ¡ P-­‑I-­‑N ¡ All ¡chips, ¡VCSELs ¡and ¡fibres ¡ok ¡ ¡bypassed ¡ All ¡fibres ¡ok ¡ (for ¡barrels, ¡lose ¡master ¡chip ¡of ¡lost ¡link) ¡ Clock ¡and ¡control ¡from ¡neighbouring ¡ module ¡ Typical ¡snapshot ¡in ¡SCT ¡

Link0 ¡Data ¡ Link1 ¡Data ¡ TTC ¡ Link0 ¡Data ¡ Link1 ¡Data ¡ TTC ¡ Link0 ¡Data ¡ Link1 ¡Data ¡ TTC ¡ Link0 ¡Data ¡ Link1 ¡Data ¡ TTC ¡ Link0 ¡Data ¡ Link1 ¡Data ¡ TTC ¡

7 ¡

The ¡SCT ¡Timeline ¡ Prototyping ¡& ¡Produc<on ¡ ¡ to ¡LHC ¡Physics ¡

8 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

Prototyping ¡and ¡Produc<on ¡

9 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

Assembly ¡of ¡Barrels ¡and ¡End-­‑Caps ¡

Barrel ¡modules ¡ajached ¡by ¡ ¡ robot ¡at ¡Oxford ¡ Endcap ¡modules ¡ajached ¡ manually ¡at ¡NIKHEF ¡and ¡Liverpool ¡

• ¡mount ¡services ¡

¡ ¡-­‑ ¡cooling ¡pipes ¡ ¡ ¡-­‑ ¡powering ¡& ¡op<cal ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡harnesses ¡

• ¡mount ¡modules ¡
• ¡connect ¡to ¡services ¡

Cool, ¡power ¡and ¡test ¡all ¡modules ¡aher ¡assembly ¡ and ¡compare ¡with ¡pre-­‑assembly ¡data ¡

10 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

Recep<on ¡Tests ¡& ¡Assembly ¡at ¡CERN ¡

• ¡Stability ¡& ¡uniformity ¡of ¡cooling ¡and ¡module ¡temperatures ¡
• ¡Stability ¡of ¡power ¡supplies ¡and ¡op<cal ¡communica<on ¡
• ¡Digital ¡func<onality, ¡response ¡and ¡noise ¡from ¡all ¡modules ¡
• ¡Assembly ¡of ¡all ¡4 ¡barrels ¡

11 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

Integra<on ¡with ¡TRT ¡and ¡combined ¡tests ¡

Inser<on ¡of ¡SCT ¡barrels ¡within ¡the ¡TRT ¡ First ¡cosmic ¡rays ¡recorded ¡through ¡SCT ¡and ¡TRT ¡

12 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

Installa<on ¡and ¡Commissioning ¡in ¡ATLAS ¡cavern ¡

SCT+TRT ¡Barrel ¡installa<on ¡ Connec<vity ¡tests ¡ SCT+TRT ¡End-­‑cap ¡installa<on ¡

13 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

Single ¡Beam ¡: ¡“Beam ¡Splash” ¡Events ¡

14 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

First ¡Collisions ¡at ¡450 ¡GeV ¡

15 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

First ¡Collisions ¡at ¡7 ¡TeV ¡ ¡

16 ¡

2010 ¡ 2011 ¡ 2009 ¡ 2008 ¡ 2007 ¡ 2006 ¡ 2005 ¡ 2004 ¡ ≤2003 ¡

Rou<ne ¡pp ¡Data ¡Taking ¡at ¡7TeV ¡and ¡1380 ¡bunches ¡

Typical ¡event ¡with ¡11 ¡ver<ces ¡ (Smallest ¡separa<on ¡here ¡3.2mm) ¡

17 ¡

SCT ¡Performance ¡

Data ¡Quality ¡and ¡Data ¡taking ¡efficiency ¡ Data ¡Acquisi<on ¡ Timing ¡ Hit ¡Efficiency ¡ Lorentz ¡Angle ¡ Alignment ¡ Opera<onal ¡Issues ¡

18 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Data ¡Quality ¡& ¡Opera<onal ¡Efficiency ¡

2011 ¡ 2010 ¡

19 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Typical ¡SCT ¡Configura<on ¡Status ¡

20 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Data ¡Taking ¡

Several ¡enhancements ¡to ¡ DAQ ¡during ¡2010/11 ¡to ¡ maximise ¡data ¡taking ¡ efficiency: ¡  ¡“Stopless” ¡ reconfigura<on ¡and ¡re-­‑ integra<on ¡of ¡RODs ¡in ¡case ¡

• f ¡(rare) ¡BUSY ¡

 ¡Auto ¡reconfigura<on ¡& ¡ recovery ¡of ¡modules ¡which ¡ have ¡non-­‑zero ¡errors ¡  ¡Auto ¡reconfigura<on ¡of ¡ en<re ¡SCT ¡to ¡counter ¡SEUs ¡

Typical ¡data ¡link ¡error ¡rate ¡

21 ¡

Hit ¡Efficiency ¡

• ¡#Hits/#Possible ¡hits ¡on ¡tracks ¡
• ¡Require ¡PT>1GeV/c ¡
• ¡Require ¡≥7 ¡hits ¡for ¡SCT ¡standalone ¡
• ¡Require ¡≥ ¡6 ¡hits ¡for ¡ID ¡combined ¡

 ¡Hit ¡efficiency ¡well ¡above ¡99% ¡ design ¡requirement ¡

22 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Lorentz ¡Angle ¡

• ¡Carrier ¡drih ¡direc<on ¡ ¡is ¡deflected ¡

in ¡B-­‑field ¡

• ¡Lorentz ¡angle ¡-­‑ ¡track ¡incidence ¡

angle ¡at ¡which ¡the ¡minimum ¡ cluster ¡size ¡(#hits ¡in ¡cluster) ¡is ¡ detected ¡ ¡

• ¡Lorentz ¡angle ¡is ¡func<on ¡of ¡ ¡

B-­‑field, ¡voltage ¡and ¡temperature ¡ Predic<on ¡sensi<ve ¡to: ¡

• ¡model ¡of ¡signal ¡digi<sa<on ¡in ¡

simula<on ¡

• ¡radia<on ¡damage ¡

 ¡Measurements ¡with ¡cosmic ¡ray ¡ and ¡collision ¡data ¡both ¡compa<ble ¡ with ¡model ¡predic<ons ¡

23 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Alignment ¡

Alignment ¡performed ¡using ¡a ¡track ¡based ¡algorithm ¡(minimise ¡χ2 ¡of ¡track-­‑hit ¡ residuals). ¡Ini<al ¡alignment ¡from ¡survey ¡and ¡cosmic ¡ray ¡data, ¡then ¡isolated ¡high ¡ Pt ¡tracks ¡for ¡collision ¡data. ¡Con<nues ¡to ¡improve ¡and ¡approach ¡design ¡values. ¡

24 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Calibra<on ¡

• ¡Charge ¡injec<on ¡circuitry ¡in ¡ABCD ¡
• ¡Measures ¡hits ¡vs ¡threshold ¡(S-­‑curve) ¡
• ¡Fit ¡by ¡complementary ¡error ¡func<on ¡
• ¡Noise ¡parameterised ¡by ¡width ¡

 ¡SCT ¡noise ¡< ¡1500 ¡electrons ¡ ¡ ¡(Hit ¡threshold ¡~6000 ¡electrons) ¡

• ¡Online ¡method ¡
• ¡Counts ¡hits ¡in ¡empty ¡bunches ¡

 ¡Noise ¡occupancy ¡~10-­‑5 ¡ ¡ ¡ ¡Design ¡< ¡5x10-­‑4 ¡

25 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

TX ¡VCSEL ¡issues ¡

• ¡SCT ¡has ¡experienced ¡poor ¡reliability ¡

and ¡frequent ¡failures ¡of ¡the ¡VCSEL ¡ arrays ¡in ¡the ¡TX ¡op<cal ¡transmijers ¡

• ¡Ini<ally ¡ajributed ¡to ¡poor ¡ESD ¡

precau<ons ¡at ¡factory ¡

• ¡New ¡batch ¡was ¡installed ¡in ¡2009 ¡

manufactured ¡with ¡improved ¡ESD ¡ precau<ons ¡

• ¡New ¡batch ¡had ¡improved ¡life<me, ¡

but ¡again ¡started ¡to ¡fail, ¡this ¡<me ¡ ajributed ¡to ¡exposure ¡to ¡humidity ¡

• ¡Gradually ¡being ¡replaced ¡by ¡TXs ¡

with ¡VCSELs ¡from ¡new ¡vendor ¡with ¡ improved ¡resistance ¡against ¡humidity ¡ Use ¡of ¡ ¡has ¡minimised ¡impact ¡

• n ¡SCT ¡opera<ons, ¡and ¡BOCs ¡now ¡operate ¡

in ¡lower ¡humidity ¡environment ¡

26 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Radia<on ¡Damage ¡

• ¡Radia<on ¡damages ¡sensors ¡and ¡
• components. ¡Effects ¡are ¡monitored ¡

constantly ¡to ¡predict ¡future ¡

• performance. ¡
• ¡Fluence ¡is ¡measured ¡on-­‑detector ¡
• ¡Observe ¡excellent ¡agreement ¡

between ¡measured ¡leakage ¡current ¡ and ¡predic<ons ¡from ¡MC ¡based ¡on ¡ measured ¡fluence ¡ Opera<onally, ¡we ¡see ¡a ¡gradual ¡and ¡ con<nuous ¡increase ¡in ¡leakage ¡ current ¡for ¡each ¡module, ¡both ¡at ¡50V ¡ standby ¡and ¡150V ¡opera<on. ¡ Trips ¡limits ¡incremented ¡(so ¡far ¡from ¡ 5µA ¡to ¡50µA) ¡appropriately ¡as ¡

• required. ¡So ¡far ¡expect ¡negligible ¡

shih ¡in ¡deple<on ¡voltage. ¡

Typical ¡module ¡current ¡evolu2on ¡at ¡50V ¡and ¡150V ¡ 50V ¡ 150V ¡

27 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Summary ¡

• The ¡SCT ¡has ¡enjoyed ¡an ¡outstanding ¡first ¡two ¡years ¡of ¡LHC ¡

physics ¡

 99.6% ¡overall ¡data ¡taking ¡efficiency ¡for ¡2011 ¡  99.0% ¡of ¡the ¡6 ¡million ¡channels ¡are ¡opera<onal ¡  Fulfilled ¡design ¡requirements ¡for ¡noise, ¡hit ¡efficiency, ¡tracking ¡ and ¡alignment ¡

• Significant ¡effects ¡of ¡radia<on ¡damage ¡are ¡in ¡very ¡good ¡

agreement ¡with ¡expecta<ons ¡

• Only ¡significant ¡opera<onal ¡issues ¡have ¡been ¡related ¡to ¡TX ¡

VCSEL ¡deaths ¡

 Minimal ¡effect ¡on ¡acceptance ¡due ¡to ¡availability ¡of ¡redundancy ¡  Replacement ¡program ¡underway ¡with ¡improved ¡resistance ¡to ¡ humidity ¡(and ¡now ¡operate ¡in ¡lower ¡humidity ¡environment) ¡

• We ¡look ¡forward ¡to ¡many ¡more ¡years ¡of ¡successful ¡tracking ¡

at ¡higher ¡energy ¡and ¡luminosity ¡

28 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Backup ¡Slides ¡

29 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡

Op<cal ¡Communica<on ¡& ¡Power ¡Supplies ¡

DATA

LV:

• Vdd
• Vcc
• Vvcsel
• Vpin

HV:

• Vbias

TTC

VCSEL ¡ VCSEL ¡ P-­‑I-­‑N ¡ ROD ¡ RX ¡chans ¡ TX ¡Chans ¡ ROD ¡ BOC ¡ SCT ¡Module ¡ 48 ¡modules ¡ per ¡ ¡ ROD/BOC ¡

ROD ¡crate ¡(DAQ) ¡ ¡ DCS ¡

8 ¡ROD ¡crates ¡(90 ¡ROD/BOC ¡pairs) ¡ 88 ¡Power ¡Supply ¡Crates ¡ P-­‑I-­‑N ¡receives ¡Timing, ¡Trigger ¡& ¡Control ¡ VCSEL* ¡for ¡each ¡link ¡(side) ¡returns ¡data ¡ * VCSEL=Vertical Cavity Surface Emitting Laser

30 ¡

31 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Timing ¡

The ¡ABCD ¡chip ¡is ¡a ¡binary ¡chip ¡-­‑ ¡“hit” ¡or ¡“no ¡hit” ¡above ¡1fC ¡threshold. ¡It ¡samples ¡ hits ¡in ¡3 ¡consecu<ve ¡<me ¡bins ¡(25ns ¡LHC ¡clock ¡cycles), ¡and ¡is ¡configured ¡to ¡flag ¡a ¡ “hit” ¡in ¡the ¡readout ¡depending ¡on ¡the ¡pajern ¡of ¡hits ¡in ¡those ¡3 ¡bins ¡ Three ¡bin ¡sampling ¡provides ¡means ¡to ¡<me ¡ in ¡the ¡SCT, ¡and ¡provide ¡rejec<on ¡of ¡ghost ¡ tracks ¡from ¡hits ¡associated ¡with ¡collisions ¡ 25ns ¡or ¡50ns ¡earlier. ¡

• ¡XXX ¡for ¡<ming ¡in, ¡cosmic ¡rays ¡and ¡≥75ns ¡

bunch ¡trains ¡

• ¡X1X ¡used ¡currently ¡for ¡50ns ¡bunch ¡trains ¡
• ¡01X ¡will ¡be ¡used ¡for ¡25ns ¡bunch ¡trains ¡

Dedicated ¡<ming ¡scans ¡in ¡first ¡low ¡lumi ¡pp ¡ collisions ¡of ¡the ¡year, ¡with ¡each ¡of ¡the ¡4088 ¡ modules ¡op<mised ¡for ¡01X ¡(1ns ¡precision) ¡

Mean ¡of ¡3bit ¡hit ¡pa<ern ¡across ¡SCT ¡

32 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Occupancy ¡and ¡Rate ¡Limita<ons ¡

• ¡We ¡expect ¡around ¡1% ¡peak ¡SCT ¡occupancy ¡

for ¡23 ¡interac<ons ¡per ¡BX ¡at ¡14TeV ¡

• ¡Rate ¡limit ¡at ¡1% ¡occupancy ¡is ¡~90kHz, ¡

comfortably ¡above ¡ATLAS ¡nominal ¡peak ¡ trigger ¡rate ¡of ¡75kHz ¡

(*) ¡Complex ¡Dead-­‑Time: ¡Maximum ¡number ¡of ¡ triggers ¡within ¡a ¡given ¡number ¡of ¡bunch ¡crossings ¡ ¡-­‑> ¡Imposed ¡by ¡ABCD ¡8-­‑deep ¡event ¡buffer ¡ (*ATLAS ¡7/415) ¡

33 ¡

Cooling ¡& ¡Environment ¡

• C3F8 ¡Compressor ¡Issues ¡

– Worries ¡about ¡long ¡term ¡reliability ¡have ¡mo<vated ¡ ¡the ¡ Thermosiphon ¡project ¡

• Gravity ¡fed ¡C3F8 ¡system, ¡to ¡be ¡commissioned ¡in ¡long ¡2013/14 ¡

shutdown ¡

• Cooling ¡temperatures ¡

– Pressure ¡gradient ¡in ¡long ¡delivery ¡lines ¡means ¡the ¡SCT ¡ silicon ¡cannot ¡reach ¡the ¡design ¡opera<ng ¡temperature ¡of ¡

• ­‑7oC ¡
• Fluorocarbon ¡blends ¡(C3F8-­‑C2F6) ¡will ¡allow ¡is ¡to ¡reach ¡target ¡

temperature ¡

• Thermo-­‑heater ¡Pad ¡issues ¡

– Some ¡non-­‑opera<onal ¡heater ¡pads ¡(between ¡SCT ¡and ¡TRT) ¡ requires ¡us ¡to ¡run ¡barrel ¡6 ¡(outermost ¡barrel) ¡at ¡elevated ¡ temperature ¡

The ¡C3F8 ¡evapora<ve ¡cooling ¡system ¡has ¡operated ¡very ¡reliably ¡all ¡year. ¡But…. ¡

34 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Frequency ¡Scanning ¡Interferometry ¡

• ¡Op<cal ¡alignment ¡system ¡to ¡

monitor ¡the ¡long ¡term ¡SCT ¡ mechanical ¡stability ¡

• ¡842 ¡fibre ¡coupled ¡

interferometers ¡

• ¡Typical ¡devia<ons ¡associated ¡

with ¡solenoid ¡cycle: ¡ ¡ ¡-­‑ ¡before ¡~11nm ¡ ¡ ¡-­‑ ¡during ¡ ¡<3µm ¡ ¡ ¡-­‑ ¡aher ¡~49nm ¡

35 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

The ¡SCT ¡CiS ¡Sensors ¡– ¡“Same ¡spec, ¡different ¡species” ¡

Hamamatsu ¡ CiS ¡ Bias ¡Resistors ¡(1.5MΩ) ¡ Polysilicon ¡ Implant ¡ Strip ¡metal/implant ¡widths ¡(µm) ¡ 20/16 ¡ 16/20 ¡ Guard ¡design ¡ Single ¡floa<ng ¡ Mul<-­‑guard ¡ Barrels ¡supplied ¡ 8448 ¡ 0 ¡ Wedges ¡supplied ¡ 6944 ¡ 1196 ¡

36 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

The ¡CIS ¡Leakage ¡Current ¡Problem ¡

• It ¡become ¡clear ¡that ¡the ¡CIS ¡SCT ¡sensors ¡were ¡very ¡sensi<ve ¡

to ¡humidity ¡

– A ¡significant ¡subset ¡displayed ¡poor ¡IV ¡and ¡early ¡(<150V) ¡ breakdown ¡in ¡dry ¡condi<ons ¡ – Need ¡humidity ¡to ¡maintain ¡a ¡‘healthy ¡looking’ ¡IV ¡ – Became ¡more ¡apparent ¡during ¡module ¡tests ¡which ¡(unlike ¡ sensor ¡QA) ¡were ¡typically ¡conducted ¡in ¡nitrogen ¡environment ¡ – Problem ¡iden<fied ¡as ¡microdischarge ¡from ¡strips, ¡due ¡to ¡lack ¡of ¡ field ¡plate ¡(strip ¡metal ¡narrower ¡than ¡implant) ¡

• As ¡this ¡became ¡an ¡issue ¡rather ¡late ¡in ¡the ¡delivery ¡program, ¡

SCT ¡adopted ¡a ¡pragma<c ¡strategy: ¡

– Only ¡accept ¡sensors ¡with ¡no ¡sign ¡of ¡breakdown ¡below ¡150V ¡in ¡ dry ¡air ¡ – OK ¡for ¡the ¡short ¡term, ¡and ¡then ¡strip ¡micro-­‑discharge ¡becomes ¡ less ¡relevant ¡aher ¡type ¡inversion ¡

37 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

CIS ¡Leakage ¡Current ¡Problem ¡

Consequences ¡during ¡SCT ¡opera<on ¡

• We ¡have ¡had ¡a ¡small ¡but ¡significant ¡(~30) ¡number ¡
• f ¡modules ¡which ¡have ¡developed ¡anomalously ¡

high ¡leakage ¡currents ¡this ¡year ¡

• Almost ¡all ¡were ¡constructed ¡with ¡CIS ¡sensors, ¡and ¡

all ¡showed ¡IV ¡breakdown ¡above ¡150V ¡during ¡ produc<on ¡QA ¡tests ¡

• We ¡believe ¡that ¡oxide ¡charge ¡buildup ¡from ¡

ionising ¡radia<on ¡is ¡shihing ¡the ¡breakdown ¡ voltage ¡downwards ¡

– Decreasing ¡HV ¡and ¡increasing ¡current ¡limits ¡means ¡we ¡ can ¡keep ¡opera<ng ¡these ¡devices ¡with ¡full ¡efficiency ¡ so ¡far ¡

38 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡

Comparison ¡of ¡1MeV ¡neutron ¡equivalent ¡fluences ¡determined ¡from ¡SCT ¡ leakage ¡current ¡measurements ¡with ¡simulated ¡FLUKA ¡

Snapshot ¡corresponding ¡to ¡2010 ¡7TeV ¡data ¡with ¡integrated ¡luminosity ¡of ¡ ¡48.6pb-­‑1 ¡

Excellent ¡agreement ¡for ¡barrels. ¡ ¡Reasonable ¡agreement ¡for ¡end-­‑caps ¡

39 ¡ Dave ¡Robinson ¡-­‑ ¡8th ¡Interna<onal ¡Hiroshima ¡Symposium, ¡Academica ¡Sinica, ¡Taipei, ¡5-­‑8 ¡December ¡2011 ¡