h t t p : / / c l i c d p . c e r n . c h T e - PowerPoint PPT Presentation

h t t p : / / c l i c d p . c e r n . c h

T e c h n o l o g i e s f o r F u t u r e V e r t e x a n d T r a c k i n g D e t e c t o r s a t t h e C C o o m m p p a c t t L L i n e a a r r C C o o l l l i d e r ( C L I C C ) ) S i mo n S p a n n a g e l , C E R N o n b e h a l f o f t h e C L I C d p C o l l a b o r a t i o n 1 4 P i s a M e e t i n g o n A d v a n c e d D e t e c t o r s t h E l b a , 2 9 M a y 2 0 1 8

T h e C o m p a c t L i n e a r C o l l i d e r P r o p o s e d l i n e a r c o l l i d e r w i t h t w o - b e a m a c c e l e r a t i o n : ● A c h i e v e s f i e l d g r a d i e n t s o f ~ 1 0 0 M V / m C o n s t r u c t i o n i n 3 s t a g e s : 3 8 0 G e V → 3 T e V ● P h y s i c s g o a l s : p r e c i s i o n S M H i g g s , T o p a n d B S M p h y s i c s ● V e r t e x & T r a c k e r d e s i g n d r i v e n b y b e a m s t r u c t u r e ● T r a i n s o f 3 1 2 b u n c h e s , 5 0 H z r e p e t i t i o n r a t e ● S p a c i n g b e t w e e n b u n c h e s : 0 . 5 n s ● H i g h b u n c h d e n s i t y l e a d s t o i n t e r a c t i o n s b e t w e e n b u n c h e s ● L a r g e b a c k g r o u n d f r o m γ γ → h a d r o n s / e + e - ( b e a m s t r a h l u n g ) : ● ~ 1 0 0 p a r t i c l e s / B X w i t h i n a c c e p t a n c e ( a t 3 T e V ) ● M o s t l y i n f o r w a r d d i r e c t i o n ● T i m i n g c u t s c a n r e d u c e i m p a c t ● 3 S i m o n S p a n n a g e l - T e c h n o l o g i e s f o r V e r t e x & T r a c k i n g a t C L I C 2 9 / 0 5 / 2 0 1 8

C L I C V e r t e x & T r a c k i n g D e t e c t o r s A l l - s i l i c o n v e r t e x & t r a c k i n g d e t e c t o r s ● R e q u i r e m e n t s : ● – 0 . 2 % X p e r v e r t e x l a y e r L o w ma s s ● 0 – L o w p o w e r c o n s u mp t i o n ● 5 0 m W / c m i n t h e v e r t e x , a i r - f l o w c o o l i n g − 2 H i g h s i n g l e - p o i n t r e s o l u t i o n ● V e r t e x : σ 3 μn m ~ ● S P T r a c k e r : 7μn μn m σ ~ ● S P ~ 5 n s P r e c i s e t i me s t a mp i n g ● L a r g e a r e a t r a c k e r ( 1 4 0 m ) w i t h 2 ● h i g h g r a n u l a r i t y , e l o n g a t e d p i x e l s ( 1 – 1 0 m m ) 4 S i m o n S p a n n a g e l - T e c h n o l o g i e s f o r V e r t e x & T r a c k i n g a t C L I C 2 9 / 0 5 / 2 0 1 8

S i l i c o n T e c h n o l o g i e s H y b r i d H V - C M O S H R - C M O S S O I C a p a c i t i v e E L A D 5 S i m o n S p a n n a g e l - T e c h n o l o g i e s f o r V e r t e x & T r a c k i n g a t C L I C 2 9 / 0 5 / 2 0 1 8

H y b r i d P i x e l D e t e c t o r s T r a d i t i o n a l d e s i g n o f H E P s i l i c o n p i x e l ● d e t e c t o r s w i t h i n d e p e n d e n t p a r t s : S e n s o r ( h i g h - r e s i s t i v i t y s i l i c o n w i t h p n - j u n c t i o n ) ● C M O S r e a d o u t c h i p w i t h s m a l l f e a t u r e s i z e ● S o l d e r b u m p s a s i n t e r c o n n e c t ● A l l o w s e x t e n s i v e f u n c t i o n a l i t y o n - p i x e l u s i n g m i x e d - m o d e C M O S c i r c u i t s ● S m a l l p i x e l c e l l s i z e s a c h i e v a b l e , 2 5 μn m – 2 5 0 μn m ● B u m p b o n d i n g ● C o s t - d r i v i n g f a c t o r o n d e t e c t o r p r o d u c t i o n ● L i m i t i n g f a c t o r f o r t h e p i x e l p i t c h ● L i m i t i n g f a c t o r f o r d e v i c e t h i c k n e s s : s t a b i l i t y ● 6 S i m o n S p a n n a g e l - T e c h n o l o g i e s f o r V e r t e x & T r a c k i n g a t C L I C 2 9 / 0 5 / 2 0 1 8

T h e C L I C p i x 2 P r o t o t y p e R e a d o u t A S I C t o m e e t C L I C v e r t e x r e q u i r e m e n t s ● T i m e p i x / M e d i p i x c h i p f a m i l y ● 1 2 8 x 1 2 8 p i x e l s ( 3 . 2 x 3 . 2 m m a c t i v e a r e a ) 2 ● X - r a y i m a g e o f b u m p s , I Z M 6 5 n m C M O S , 2 5 μn m x 2 5 μn m p i t c h ● s t i C L I C d p C L I C d p h P e r - p i x e l c h a r g e a n d a r r i v a l # ● w o r k i n p r o g r e s s w o r k i n p r o g r e s s t i m e m e a s u r e m e n t s o u r c e S h u t t e r - b a s e d a c q u i s i t i o n ● P o w e r p u l s i n g o f t h e p i x e l m a t r i x ● t e s t b e a m C h a l l e n g e : b u m p b o n d i n g o f ● b o n d i n g : I Z M s e n s o r s w i t h 2 5 μn m p i t c h S u c c e s s f u l l y t e s t e d i n l a b & t e s t b e a m m e a s u r e m e n t s , c h a r a c t e r i z a t i o n o n g o i n g ● 7μn S i m o n S p a n n a g e l - T e c h n o l o g i e s f o r V e r t e x & T r a c k i n g a t C L I C 2 9 / 0 5 / 2 0 1 8

M o n o l i t h i c H i g h - V o l t a g e C M O S S e n s o r s E v o l u t i o n o f M o n o l i t h i c A c t i v e P i x e l S e n s o r s ( M A P S ) ● E l e c t r o n i c s a n d s e n s o r o n s a m e w a f e r ● L o w e r m a s s t h a n h y b r i d s , n o b u m p - b o n d i n g ● F u l l y i n t e g r a t e d : a m p l i f i c a t i o n & r e a d o u t ● G o a l : C h a r g e c o l l e c t i o n t h r o u g h d r i fu i n s t e a d o f d i fg u s i o n ● F a s t c h a r g e c o l l e c t i o n ● L a r g e r d e p l e t e d v o l u m e , m o r e c h a r g e c o l l e c t e d ● S h i e l d e l e c t r o n i c s v i a d e e p c o l l e c t i o n d i o d e s u r r o u n d i n g e l e c t r o n i c s ● A l l o w s h i g h v o l t a g e t o b e a p p l i e d t o s u b s t r a t e ● C h a l l e n g e s : ● L a r g e c o l l e c t i o n d i o d e m e a n s l a r g e i n p u t c a p a c i t a n c e ( & i n c r e a s e d p o w e r c o n s u m p t i o n , r e d u c e d S N R ) ● F u l l d e p l e t i o n h a s y e t t o b e a c h i e v e d ( h i g h r e s i s t i v i t y s u b s t r a t e s a n d b a c k s i d e b i a s ) ● 8 S i m o n S p a n n a g e l - T e c h n o l o g i e s f o r V e r t e x & T r a c k i n g a t C L I C 2 9 / 0 5 / 2 0 1 8