New technologies of silicon position-sensitive detectors for future tracker systems

• Autores: Daniela Bassignana
• Directores de la Tesis: Giulio Pellegrini (dir. tes.), Manuel Lozano (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2012
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Maria del Pilar Casado Lechuga (presid.), Salvador Hidalgo Villena (secret.), Gianluigi Casse (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD  TESEO 
• Resumen

  • En vista de la nueva generación de colisionadores de alta luminosidad, HL-LHC y ILC, se hace necesaria una investigación más profunda del diseño y de la tecnología de los detectores de radiaciones basados en silicio, al fin de satisfacer las peticiones de los experimentos en maquinas tan sofisticadas. En esta tesis se presentan tecnologías innovadoras de detectores de radiaciones basados en silicio para futuros trazadores. Tres diferentes dispositivos han sido estudiados y diseñados con la ayuda de diferentes herramientas de simulación. Luego, han sido fabricados en la sala blanca del IMB-CNM de Barcelona y caracterizados con diferentes configuraciones experimentales adecuadas para evaluar la calidad de los detectores y la idoneidad de las tecnologías utilizadas en sus procesos de fabricación. La primera tecnología fue desarrollada con la intención de mejorar los sensores dedicados a sistemas de alineamiento láser en futuros detectores de trazas. El diseño y la tecnología de los detectores de micropistas de una cara p+-in-n, ha sido ligeramente modificada al fin de aumentar la transmitancia de luz Infra-Roja. El diseño de los sensores se ha basado en simulaciones ópticas y el proceso de fabricación ha sido monitoreado consiguiendo una transmitancia del 50% con un paso entre las pistas de 50?m. El segundo dispositivo es un nuevo detector de una cara sensible a la posición en dos dimensiones, basado en tecnología estándar de detectores de silicio de micropistas en los cuales se han generado electrodos resistivos de silicio policristalino acoplados en AC con los implantes. El método de división de carga por resistencias se aplicó leyendo los electrodos resistivos por los dos lados y se usó para obtener informacion sobre la coordenada espacial de un evento ionizante a lo largo de las pistas. Los prototipos que se fabricaron fueron caracterizados con un sistema de láser, con lo que se obtuvo una resolución espacial de aproximadamente el 1.1% de la longitud de la pista, por una señal equivalente a 6 MIPs. Un modelo del detector basado en el simulador Spice se ha desarrollado y comprobado con los datos experimentales, resultando una buena herramienta para la mejora de futuros protipos. Al final, la última propuesta consiste en el nuevo diseño, fabricación y una primera investigación de detectores stripixel 3D. El dispositivo está compuesto de electrodos con forma de columna (ambos los tipo n+ y p+) distribuidos en una cara del substrato según una configuración romboidal. Estos electrodos están conectados entre ellos por medio de dos grupos de pistas metálicas perpendiculares definidas en dos capas de metal separadas que permiten leer las coordenadas X-Y de eventos ionizantes. El diseño del dispositivo ha sido mejorado gracias a simulaciones realizadas con TCAD Sentaurus y la posibilidad de detectar dos dimensiones de un evento de ionización se ha demostrado reconstruyendo la posición de un haz láser dentro de un píxel, definido por dos pistas de tipo p+ consecutivas cruzadas con dos pistas de tipo n+. De las medidas se ha obtenido una resolución espacial de 23 ?m. Todos los estudios preliminares, los métodos de fabricación y de caracterización se presentan en los capítulos de esta tesis juntos con los resultados experimentales.