Thermo-electrical modelling of the ATLAS ITk Strip Detector
在本文中，我们将讨论使用链接的热和电网络模型来预测一个复杂的硅探测器系统的行为。我们使用的硅条探测器的ATLAS第二阶段升级，以证明这样的模型和它的性能的应用。在这个例子中，热电模型用于测试设计选择，验证规格，预测关键操作参数，如冷却系统要求，并优化操作方面，如实验寿命期间的温度曲线。该模型可以揭示硅模块中条件和组件之间的相互作用，并且它是估计热失控裕量的宝贵工具，所有这些都需要非常适度的计算工作量。
2020-02-28 hep-ex physics.ins-det
Measuring the ATLAS ITk Pixel Detector Material via Multiple Scattering of Positrons at the CERN PS
本文通过CERN PS中低能正电子的多次散射，首次直接测量了ATLAS ITk像素模块的材料预算，所得辐射长度分数与预期估计值一致。
2024-12-06 hep-ex physics.ins-det
Expected Tracking Performance of the ATLAS Inner Tracker at the High-Luminosity LHC
为应对高亮度LHC每次束团交叉200次质子相互作用的挑战，ATLAS合作组将用全硅ITk替换现有内部探测器，适配软件实现高亮度下先进径迹重建，本文介绍其基于最新进展的预期性能。
2025-02-24 hep-ex physics.ins-det
ATLAS ITk Pixel Detector Overview
对于大型强子对撞机的高亮度升级，目前的ATLAS内部探测器将被全硅内部跟踪器取代。像素探测器将由五个桶层和许多环组成，从而产生约13平方米的仪器区域。由于巨大的非电离通量（1 e16 neq/cm^2）和电离剂量（5 MGy），装有3D像素传感器和100 um薄平面传感器的两个最内层将在运行约五年后更换。每个像素层包括混合探测器模块，这些模块将由采用65 nm CMOS技术实现的新型ASIC读出，带宽高达5 Gbit/s。数据将以光学方式传输到非探测器读出系统。为了节省维修电缆中的材料，读出ASIC的电源电压采用串行供电。所有分系统都在执行大规模的原型方案。本文将概述ITk像素检测器的布局和发展现状。
2021-05-21 hep-ex physics.ins-det
TCAD simulations of pixel sensors for the ATLAS ITk upgrade and performance of annealed planar pixel modules
为了使大型强子对撞机的高亮度阶段在2026年左右开始运行，ATLAS内部跟踪器（ITk）的重大升级正在准备中。由于其低功耗和高电荷收集效率照射后，薄平面像素模块是仪器的基本选择，除了最内层的像素检测器。为了优化像素单元尺寸为$50\times50\,μm^2$的传感器布局，正在进行TCAD模拟。电荷收集效率，电子噪声和电场特性进行了研究。在TCAD模拟中采用辐射损伤模型来估计辐照前后的性能。使用辐照通量高达5 $\times10^{15}\,$ n $_\text{eq}$ /cm $^2$的传感器，估计维护期间ITk像素探测器在室温下储存时间的影响。$100-150\,μm$厚度的像素传感器，与像素尺寸为$50\times250\,μm^2$的FE-I4读出芯片互连，使用CERN SPS和DESY的测试光束设施进行表征。在室温下退火长达一年的电荷收集和命中效率进行了比较。
2018-10-24 hep-ex physics.ins-det
Evolution of the electrical characteristics of the ATLAS18 ITk strip sensors with HL-LHC radiation exposure range
本文通过中子和伽马辐照全尺寸 ATLAS18SS 传感器，覆盖 HL-LHC 注量与剂量范围并含 1.5 倍安全系数，系统表征其辐照前后电学特性，验证其在整个运行周期内满足 ATLAS 规范。
2024-10-03 hep-ex physics.ins-det
An extreme thermal cycling reliability test of ATLAS ITk Strips barrel modules
本文介绍了ATLAS ITk Strips桶部模块的热循环质量控制程序，包括预生产阶段结果及四个模块100次极端热循环的可靠性评估。
2024-07-08 hep-ex physics.ins-det
Impact of Cold Noise on the tracking performance of ATLAS ITk short strip barrel modules using a charged particle beam
Santa Cruz Institute for Particle Physics, University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校圣克鲁兹粒子物理研究所）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心）；Lunds universitet（隆德大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Charles University（查理大学）；Rutherford Appleton Laboratory（卢瑟福阿普尔顿实验室）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；TRIUMF（特里姆夫实验室）
本文研究了冷噪声对ATLAS ITk短条桶模块跟踪性能的影响，通过对比未辐照和辐照模块的跟踪性能评估，探讨其对跟踪精度的影响。
2026-01-08 hep-ex physics.ins-det
Test beam measurement of ATLAS ITk Short Strip module at warm and cold operational temperature
本研究的重点是调查的短条模块的性能开发的ATLAS内部跟踪器（ITK）条合作使用能量为5.4 GeV和5.8 GeV的电子束在DESY-II Testbeam设施。测量了+30 C和-30 C下的噪声。两个测量值的比率与电路模型计算进行比较。在-30 ℃下测得的噪声与在HL-LHC操作中预期的辐射损伤之后对应于可接受的信噪比的最大噪声进行比较。在+30 C和-30 C下测量的电荷分布与GEANT 4模拟进行了比较。在+30 ℃和-30 ℃下测量检测效率和噪声占用率作为阈值的函数。测量平均簇宽度作为阈值的函数。在不同的延迟设置的检测效率与阈值的扫描被用来重建脉冲形状的时间。将所得脉冲形状与电路模型计算进行比较。
2023-02-21 hep-ex physics.ins-det
Irradiation Study Using QA Test Pieces of ATLAS18 ITk Strip Sensors with 80MeV Protons
本文报告了ATLAS18 ITk条状传感器QA测试件在CSNS进行80MeV质子辐照及IHEP测量IV、CV、CCE的研究，并跨机构交叉验证CCE，以支持ITk升级的质量保证计划。
2025-03-25 hep-ex physics.ins-det
First stave results towards mitigating sensor fracturing with interposers in the ATLAS ITk strips barrel
本文针对ATLAS ITk条形桶模块热循环导致的硅传感器破裂问题，测试了多种缓解策略，发现内置额外kapton层能使69/70模块在-70°C测试中存活。
2025-08-25 hep-ex physics.ins-det
Mapping the in-plane electric field inside irradiated diodes
ATLAS探测器第二阶段升级的一个重要方面是用ATLAS内部跟踪器（ITk）替换当前的内部探测器。ATLAS ITk是一种全硅探测器，由像素跟踪器和条带跟踪器组成。ITk条带跟踪器的传感器已经开发出来，以承受欧洲核子研究中心大型强子对撞机高亮度升级后ATLAS探测器中的高辐射环境，这将显着增加粒子碰撞和产生粒子轨迹的速率。在ATLAS探测器中运行期间，ITk条带跟踪器的传感器预计会累积高达1.6 x 10^15 n_eq/cm ^2的注量（包括安全系数1.5），这将显著影响其性能。高辐射传感器的一个感兴趣的特性是其有效区域内的电场的形状和均匀性。对于本文所示的结果，具有与全尺寸ATLAS传感器相似的边缘结构的二极管被辐照至与ATLAS ITk条带跟踪器中的通量相当的通量，并且使用微聚焦X射线束（束直径2 × 3 μm^2）绘制其电场。这项研究表明，在一个范围内的偏置电压的高度辐照二极管内的电场的延伸和形状。此外，耗尽的传感器区域的轮廓的测量允许将针对不同注量的测量的漏电流与针对对应的有源区域的期望进行比较。
2021-03-29 hep-ex physics.ins-det
Extended thermal cycling of ATLAS ITk strip modules with and without stress mitigating interposers
本研究通过扩展热循环测试ATLAS ITk条带模块，发现应力缓解中间层能显著减少传感器变形和断裂，验证了其降低热应力的有效性。
2025-09-08 hep-ex physics.ins-det
Quality Control (QC) of FBK Preproduction 3D Si Sensors for ATLAS HL-LHC Upgrades
ATLAS高亮度（HL-LHC）升级的挑战性要求旨在完全更换新一代传感器，以应对最终的辐射硬度。FBK一直是开发和制造这种抗辐射3D硅（Si）传感器的主要代工厂之一。这些传感器被选择部署到ATLAS Inner Tracker（ITk）的最内层。最近，制造了与全尺寸ITKPix（RD 53 B）读出芯片兼容的50 x50 um 2像素几何形状的3D Si传感器的预生产批次。在德国的IZM对两个临时金属晶片进行切割，并在特伦托大学电子实验室进行了系统的QC测试活动。本文简要介绍了ATLAS ITk的3D Si传感器设计和所需的QC表征设置。它包括电气测试（即，I-V、C-V和I-T）。此外，研究了几个参数分析，即，氧化物电荷密度、氧化物厚度、像素间电阻、像素间电容等，在过程控制监视器（PCM）结构的帮助下报告。
2022-09-28 hep-ex physics.ins-det
Summary of quality control (QC) of ATLAS18 production ITk strip sensors
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP), University of California（加州大学圣克鲁兹粒子物理研究所）；Particle Physics Research Centre, Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院粒子物理研究中心）；Physics Department, Carleton University（卡尔顿大学物理系）；Department of Physics, University of Toronto（多伦多大学物理系）；Institute of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba（筑波大学理学院）
为满足HL-LHC运行要求，ATLAS实验用ITk替换内探测器，其含约18000个硅条形传感器。多个国际机构开展多年质量控制计划，涵盖多种测试。通过实施标准化程序等，确保一致评估与数据处理，介绍了生产和QC框架及关键发现，超91%产品通过测试。
2026-07-20 hep-ex physics.ins-det
The quality control programme for ITk strip tracker module assembly
为满足ATLAS内部径迹探测器的硅条形模块组装规格与径迹性能要求，研究建立了覆盖组装全阶段的ITk条形模块质量控制计划，并概述了预生产阶段问题及解决方案。
2024-01-30 hep-ex physics.ins-det
Construction of the new silicon microstrips tracker for the Phase-II ATLAS detector
在未来十年内，大型强子对撞机将升级为高亮度大型强子对撞机（HL-LHC），导致积分亮度增加十倍。为了承受HL-LHC更苛刻的辐射和占用条件，ATLAS探测器的内部跟踪器必须完全重新设计和重建。ATLAS升级内部跟踪器（ITk）的设计已经确定。它由几层硅粒子探测器组成。最内层将由硅像素传感器组成，外层将由硅微带传感器组成。本文将重点介绍ITk条带社区在条带模块以及板条和花瓣结构的组装和测试方面进行的最新研究和开发活动。
2018-04-28 hep-ex physics.ins-det
Ring oscillator performance of the ATLAS inner tracker pixel readout chip
Paris Saclay University（巴黎萨克雷大学）；Aix-Marseille University（艾克斯-马赛大学）
本文研究了ATLAS内跟踪器像素读出芯片中环振荡器的性能，通过实验和模拟数据分析其在不同环境条件下的表现。
2026-01-21 hep-ex physics.ins-det
Pixel column issue in the ATLAS Inner Tracker modules
本文调查ATLAS ITk像素模块预生产中出现的核心列问题，该问题导致芯片故障并影响良率，通过禁用像素核心列可绕过，研究旨在揭示其电气行为、数据特征及可能原因。
2025-05-27 hep-ex physics.ins-det
Double Metric Learning for Building Directed Graphs with Chain Connections for the ATLAS ITk Detector
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出双度量学习方法，用于构建具有链连接的定向图，以提升ATLAS ITk探测器中高横向动量粒子的图构建性能。
2026-05-13 hep-ex hep-ph physics.data-an
Global Trigger Technological Demonstrator for ATLAS Phase-II upgrade
在LHC的ATLAS探测器将经历一个主要的第二阶段升级的高亮度LHC。这次升级影响到所有主要的ATLAS系统，包括触发器和数据采集系统。作为0级触发器系统的一部分，全局触发器使用全粒度热量计单元来执行算法，细化触发器对象并应用拓扑要求。全球触发器使用全球通用模块作为其设计的构建块。为了实现高输入和输出带宽以及强大的处理能力，全球通用模块将承载最先进的FPGA和光学模块。为了评估以高数据速率（高达28 Gb/s）运行的新一代光模块和FPGA，设计并测试了全球触发技术演示板。该板的主要硬件模块是Xilinx Virtex Ultrascale+9 P FPGA和一些光学模块，包括高速Finisar BOA和Samtec FireFly模块。已对分别以25.65和27.58 Gb/s运行的Finisar BOA和Samtec FireFly光模块进行了长期链路测试。成功的结果表明，良好的性能的光模块与FPGA通信时，已获得。本文提供了一个硬件概述和测量结果的技术演示。
2020-10-15 hep-ex physics.ins-det
Reliable and redundant FPGA based read-out design in the ATLAS TileCal Demonstrator
ATLAS的瓦式量热计是一种强子量热计，它基于钢板和由光电倍增管读出的磁瓦。当前的读出系统使用标准ADC和定制ASIC来存储和临时存储探测器上的数据。然而，实际上只有一部分数据被读出到计数室。探测器上的电子设备将在2023年左右更换。为了达到所需的可靠性，升级后的系统将具有高度冗余性。在这里，ASIC将被Xilinx的Kintex-7 FPGA取代。除了使用多个10 Gbps光学读出链路外，这将允许完全读出所有探测器数据。由于当光束亮度增加时预期的较高辐射水平，修理的机会将不太频繁。因此，电路和固件必须使用冗余和耐辐射组件设计为足够高的可靠性。在一年内，包括新的读出系统的混合演示器将安装在ATLAS瓦热量计的一个切片上。这将使拟议的升级能够在计划的2023年部署之前在所有切片中进行彻底评估，特别是在长期可靠性方面。不同的固件策略，以及他们的集成在演示的背景下，对硬件故障和辐射引起的错误的高可靠性保护。
2014-06-23 hep-ex physics.ins-det
Performance of the ATLAS Hadronic Tile Calorimeter Demonstrator system for the Phase-II upgrade facing the High-Luminosity LHC era
高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的峰值亮度为$5\times10^{34} $ cm $^{-2} $ \，s $^{-1}$，比LHC的设计亮度高五倍。强子ATLAS Tile Calorimeter（TileCal）是一种以钢为吸收体、塑料吸收体为激活介质的取样量热计。发光瓦中产生的光被引导到光电倍增管（PMT），在光电倍增管中产生模拟信号，以在每25 ns被数字化之前对其进行整形和调节。HL-LHC的TileCal第二阶段升级将使系统能够应对增加的辐射水平和超时堆积。升级后的系统将以40 MHz的速率将所有量热计采样信号发送到检测器外系统，在那里事件将被重建并发送到第一级触发器。因此，利用提供给触发系统的更精确的热量计信号，开发更复杂的触发算法将是可能的。新的硬件包括最先进的电子设备，具有冗余设计和辐射硬电子设备，以避免单点故障，此外还包括用于大量数据传输的多Gbps光链路和现场可编程门阵列（FPGA），以驱动关闭和打开检测器电子设备的逻辑功能。2019年6月，一个包含新的热量计模块电子器件但仍与当前系统兼容的混合演示器原型模块被组装并插入ATLAS中，以便第二阶段系统可以在真实的ATLAS条件下进行测试。
2020-10-28 hep-ex physics.ins-det
Silicon pinhole strip defects and their impact on ATLAS Inner Tracker HV current measurement
Santa Cruz Institute for Particle Physics, University of California at Santa Cruz（圣克鲁斯粒子物理研究所，加州大学圣克鲁兹分校）；Brandeis University（布兰迪斯大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室）；Rutherford Appleton Laboratory（卢瑟福·阿普尔顿实验室）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
本文首次系统研究了 ATLAS ITk 硅微条模块中针孔缺陷对漏电流测量的影响，并提出定位针孔微条的新方法，证明经少量测试流程调整后该缺陷不影响模块测试与性能。
2025-11-10 hep-ex physics.ins-det
RD53A pixel module assembly and testing experience
ATLAS实验的整个跟踪系统将在LHC第二阶段关闭期间更换。一个新的硅内部跟踪器（ITk）将包含五个像素层，配备新的传感器和读出电子设备，能够提高跟踪性能，应对高粒子多样性，并在高亮度环境中工作。为了使内部跟踪器的模块标准化，引入了在探测器的所有区域中使用通用混合像素模块的想法。将介绍常见的混合模块组装和测试技术。模块的建设，计量和电气测试结果将进行讨论。这项工作是用RD 53 A像素模块完成的-原型模块朝向最终的ITk像素检测器。
2022-12-19 hep-ex physics.ins-det
Installation of proANUBIS -- a proof-of-concept demonstrator for the ANUBIS experiment
本文介绍proANUBIS概念验证演示探测器的安装，用于验证ANUBIS实验在中性长寿命粒子搜索中的可行性，并概述其实验设置、调试与安装细节。
2024-01-24 hep-ex physics.ins-det
Characterisation of silicon microstrip detectors for the ATLAS Phase-II Upgrade with a micro-focused X-ray beam
计划于2025年建成的HL-LHC（高光度LHC）旨在通过将光度大幅提高至6*10^34 cm^-2 s^-1来最大限度地发挥物理潜力。亮度增加的结果是，在运行10年后，预计在3000 fb^-1时会出现辐射损伤，这就要求跟踪探测器能够承受超过1*10^16 1 MeV n_eq/cm ^2的注量。为了应对随之增加的读出速率，正在开发对当前ATLAS内部探测器（ID）进行完全重新设计的内部跟踪器（ITk）。ITk的ATLAS条带跟踪器区域的两个提议的探测器在具有3 μ m FWHM 15 keV微聚焦X射线束的金刚石光源处被表征。测试中的器件是320 μ m厚的硅立体（Barrel）ATLAS 12条微型传感器，其线键合到130 nm CMOS二进制读出芯片（ABC 130），以及320 μ m厚的全尺寸径向（端盖）条传感器-利用双金属读出层-线键合到250 nm CMOS二进制读出芯片（ABCN-25）。两种探测器的分辨率都优于74.5 μ m条带的条带间距。条带之间的p-停止扩散层的效果进行了详细研究的引线键合焊盘区域。带间电荷收集测量表明，硅传感器上的带的有效宽度由带之间的p-停止区域而不是带间距决定。
2016-07-01 hep-ex physics.ins-det
Development of a modular test system for the silicon sensor R&D of the ATLAS Upgrade
高压CMOS传感器是对撞机实验中用于跟踪探测器的一种很有前途的技术。ATLAS协作组正在进行广泛的研发研究，以便在内部跟踪器探测器的高亮度LHC升级中可能使用HV-CMOS。CaRIBOu（Control and Readout Itk BOard）是一个模块化测试系统，用于测试硅基探测器。它目前包括五个定制设计的板，一个Xilinx ZC 706开发板，FELIX（前端Link eXchange）PCIe卡和一个主机。已经用Python开发了一个软件程序来控制CaRIBOu硬件。CaRIBOu已用于CERN的HV-CMOS传感器CCPDv 4的测试束。初步结果表明，该测试系统是非常通用的。进一步的开发正在进行中，以适应不同的传感器，并使其可用于各种实验室测试台。
2016-10-17 hep-ex physics.ins-det
Identification and mitigation of memory block timing issue in ITk ABCStar during ASIC production
Carleton University（卡尔顿大学）；CERN（欧洲核子研究组织）；Rutherford Appleton Laboratories（卢瑟福阿普尔顿实验室）；University of Oxford（牛津大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University College London（伦敦大学学院）；University of Victoria（维多利亚大学）
本文研究了ITk ABCStar在ASIC生产过程中出现的内存块定时问题，通过调整核心电压和时钟占空比等方法缓解了该问题，确保了探测器的可靠运行。
2026-08-05 hep-ex physics.ins-det
Testbeam analysis of biasing structures for irradiated hybrid pixel detectors
本文通过测试束实验研究辐照后基于RD53A芯片的混合像素探测器，发现穿通偏置结构会导致局部效率降低，但所有器件在400 V偏压下仍满足97%效率要求。
2024-08-02 hep-ex physics.ins-det
Setups for eliminating static charge of the ATLAS18 strip sensors
针对ATLAS18硅条形传感器QC测试中因表面静电荷导致的电学故障问题，研究团队搭建了基于紫外照射和电离气流的静电荷消除装置以修复传感器性能。
2023-12-18 hep-ex physics.ins-det
Characterisation of the Thermoflow due to the Dry Nitrogen Flushing Scheme in the ATLAS Inner Tracker using Computational Fluid Dynamics
University of Pretoria（比勒陀利亚大学）；University of Johannesburg（约翰内斯堡大学）；University of KwaZulu-Natal（夸祖鲁-纳塔尔大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Nikhef, National Institute for Subatomic Physics（荷兰亚原子物理国家研究所）
本文利用计算流体动力学研究ATLAS内跟踪器在高亮度升级中的热流特性，以优化干氮冲洗方案，防止因空气泄漏或过压导致的湿度问题，确保设备干燥和正常运行。
2026-05-08 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Study of prototypes of LFoundry active and monolithic CMOS pixels sensors for the ATLAS detector
大型强子对撞机的高能粒子物理实验使用混合硅探测器，在像素和条带几何形状，为他们的内部跟踪器。这些探测器已被证明是非常可靠和性能。尽管如此，人们对耗尽型CMOS硅探测器的发展有很大的兴趣，这种探测器可以以较低的生产成本和复杂性实现类似的性能。我们目前的ATLAS CMOS演示项目的框架内，这项技术的最新发展。特别是，LFoundry的两个有源传感器，CCPD_LF和LFCPIX，以及第一个完全单片原型MONOPIX的研究将被显示。
2017-10-18 hep-ex physics.ins-det
ANUBIS: Projected Sensitivities and Initial Results from the proANUBIS demonstrator with Run 3 LHC data
University of Cambridge（剑桥大学）
ANUBIS实验利用LHC Run 3数据研究长寿命粒子，通过proANUBIS原型探测器探索希格斯通牒和重中微子模型的灵敏度及背景研究。
2025-12-16 hep-ex hep-ph nucl-ex
Mapping the depleted area of silicon diodes using a micro-focused X-ray beam
对于CERN ATLAS探测器的第二阶段升级，当前的ATLAS内部探测器将被ATLAS内部跟踪器取代。ATLAS内部跟踪器将是一个全硅探测器，由像素跟踪器和条带跟踪器组成。ITk条带跟踪器的传感器需要在高达-700 V的偏置电压下具有低漏电流，以保持低噪声和低功耗。为了使传感器漏电流最小化，特别是在ATLAS探测器内部的高辐射环境中，传感器预计在低温下工作，并由具有几kΩ cm的高体电阻率的晶片制造。模拟显示，具有高体电阻率的传感器内部的电场向传感器边缘延伸，这可能导致窄切割边缘的表面电流增加。为了绘制具有高体电阻率的偏置硅传感器内部的电场，在金刚石光源处用单色微聚焦X射线束研究了来自ATLAS硅条传感器原型晶片的三个二极管。对于所有正在调查的设备，二极管内的电场进行了映射，并研究了其对所施加的偏置电压的依赖性。研究结果表明，电场在每个二极管的调查延伸到其偏置环，并达到切割边缘。
2019-03-27 hep-ex physics.ins-det
A Highly Selective First-Level Muon Trigger With MDT Chamber Data for ATLAS at HL-LHC
高度选择性的触发器是必不可少的物理方案的ATLAS实验在HL-LHC的瞬时光度将是大约一个数量级大于LHC的瞬时光度运行1。由于电阻板和薄间隙触发室的中等动量分辨率，第一级μ子触发率由低于标称触发阈值的低动量μ子主导。使用精密μ子漂移管室的数据进行触发决策，可以充分降低HL-LHC的高触发率。这需要实现快速MDT读出链和具有至多6微秒的延迟的快速MDT轨道重构算法。快速读出链的硬件演示器已在CERN伽马辐照设施的HL-LHC操作条件下成功测试。在快速触发处理器上实现了快速航迹重建算法。
2016-04-26 hep-ex physics.ins-det
Performance of irradiated thin n-in-p planar pixel sensors for the ATLAS Inner Tracker upgrade
ATLAS合作将用新的全硅像素和条带系统取代其跟踪探测器。这将允许应对在LHC加速器复合体（HL-LHC）的亮度增加5倍后预期的更高辐射和占用水平。在新的跟踪检测器（ITk）中，具有增加的粒度的像素模块将实现以保持具有更高轨道密度的占用。此外，构成混合模块的传感器和读出芯片将采用相对于本像素检测器的更多抗辐射技术来生产。由于它们在抗辐射方面的出色性能，薄n-in-p传感器是有希望的候选者，可以用于新像素系统的一部分。将介绍最近生产和开发的新设计传感器。为了在互连到芯片之前测试传感器，已经实施了穿通偏置结构。它的设计已经过优化，以减少可能观察到的跟踪效率损失。辐照后，它们是由穿通偏置结构引起的。设计与ATLAS FE-I4芯片兼容的传感器，其像素尺寸为50 × 250 $\mathrmμ$ m $^{2}$，细分为30 × 30 $\mathrmμ$ m $^{2}$尺寸的较小像素植入物，以研究HL-LHC预见的50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元的性能。利用束流测试和瞬态电流技术获得了50 × 250和50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元在效率、电荷收集和电场特性方面的传感器性能的结果。
2017-09-25 hep-ex physics.ins-det
Clock Distribution and Readout Architecture for the ATLAS Tile Calorimeter at the HL-LHC
Tile Calorimeter（TileCal）是大型强子对撞机（LHC）上ATLAS实验的一个探测器。TileCal是一种由钢板和塑料蒸发器制成的采样量热计，使用大约10，000个光电倍增管（PMT）进行读数。到2024年，LHC将进行一系列升级，以实现高亮度LHC（HL-LHC），提供高达当前标称瞬时亮度的7.5倍。ATLAS Tile第二阶段升级将使探测器和数据采集（DAQ）系统符合HL-LHC的要求。探测器的电子设备将重新设计，采用新的时钟分配和读出架构，并配备全数字触发系统。在长周期3（2024-2026）之后，探测器上的电子设备将把每个束流交叉（~25 ns）的数字化数据传输到计数室的瓦片预处理器（TilePPr），总数据带宽为40 Tbps。TilePPrs将探测器数据存储在流水线存储器中，以满足新的ATLAS DAQ架构要求，并将与前端链路交换（FELIX）系统和第一触发级接口。TilePPr板将采样时钟分配给探测器上的电子设备，以便使用配置为固定和确定性延迟的高速链路与LHC时钟同步。升级后的读出和时钟分配策略在2015年至2018年期间的几次试验束活动中使用升级后的电子设备原型在演示系统中得到了充分验证。
2018-11-19 hep-ex physics.ins-det
Active Pixel Sensors in ams H18/H35 HV-CMOS Technology for the ATLAS HL-LHC Upgrade
深亚微米HV-CMOS工艺为采用行业标准技术构建的传感器提供了机会，同时具有HV耐受性，使其成为基于漂移的快速收集，因此是抗辐射像素探测器的良好候选者。为了使ATLAS像素探测器更好地满足HL-LHC的要求，对HV-CMOS工艺中的有源像素传感器进行了研究。这些直接在绝缘深n阱中实现放大器和放大器级，其也用作收集电极。深n阱允许高达150 V的偏置电压，导致几个10 μ m的耗尽深度。采用艾迈斯半导体H18 180 nm和H35 350 nm HV-CMOS工艺的原型传感器已经制造完成，可作为当前ATLAS Pixel传感器的潜在替代品，从而将触发处理等更高级别的处理留给专用读出芯片。传感器在实验室测量以及测试束实验中进行了全面测试。用X射线和质子照射显示对1Grad的电离剂量的耐受性。从Edge-TCT研究中推断出，由于受主去除效应，辐照后的耗尽区厚度可达100 μ m。在1e15n_eq cm-2中子辐照实验中，该传感器表现出很高的探测效率。一个完整的标线尺寸的演示芯片，在H35过程中实施正在提交，以证明大规模的HV-CMOS概念的可行性。
2016-02-09 hep-ex physics.ins-det
ATLAS Tile Calorimeter Readout Electronics Upgrade Program for the High Luminosity LHC
Tile Calorimeter（TileCal）是覆盖LHC ATLAS实验最中心区域的强子量热计。TileCal读数由大约10000个通道组成。ATLAS升级计划分为三个阶段：第0阶段发生在2013 - 2014年，第1阶段发生在2018 - 1019年，最后是第2阶段，预计在2022 - 2023年，之后峰值亮度将达到5 - 7 x 10 $^{34}$ cm $^2$ s $^{-1}$（HL-LHC）。主要的TileCal升级集中在第2阶段。此次升级旨在更换大部分探测器上和探测器外的电子设备，以便将所有量热计信号直接数字化并发送到计数室的探测器外电子设备。所有新的电子设备都必须能够应对增加的辐射水平。一个雄心勃勃的升级开发计划是追求研究不同的电子选项。目前正在研究前端电子升级的三种备选方案。第一种选择是使用商业组件构建的本系统的改进版本，第二种选择是基于专用ASIC（专用集成电路）的开发，第三种选择是基于为Fermilab开发的QIE（电荷积分器和编码器）的新版本的开发。所有三个选项将使用相同的读出和控制系统，使用高速（高达40 Gb/s）链路进行通信和时钟同步。对于非检测器电子器件，正在开发一种新的后端架构。计划在2014年中期（0期升级结束时）将一个演示原型插入ATLAS，用于读出带有大部分新电子器件但仍与当前系统兼容的热量计的一部分。
2013-05-03 hep-ex physics.ins-det
Mini-MALTA: Radiation hard pixel designs for small-electrode monolithic CMOS sensors for the High Luminosity LHC
耗尽单片有源像素传感器（DMAPS）原型开发的TowerJazz 180 nm CMOS成像过程中已被设计的ATLAS升级第二阶段在HL-LHC的背景下。像素传感器的特征在于小收集电极（3 $μ$ m）以使电容最小化、小像素尺寸（$36.4\times 36.4$ $μ$ m），并且在高电阻率外延p型硅上制造。该设计的目标辐射硬度为$1\times10^{15}$ 1 MeV n $_{eq}$ /cm $^{2}$，与ATLAS ITK Pixel探测器的最外层兼容。本文介绍了从粒子束测试的Mini-MALTA原型，实现了掩模的变化或额外的植入，以解决像素边缘的效率低下的表征结果。结果显示在剂量为$1\times10^{15}$ 1 MeV n $_{eq}$ /cm $^{2}$后完全有效。
2019-12-14 hep-ex physics.ins-det
Quality Concerns Caused by Quality Control -- deformation of silicon strip detector modules in thermal cycling tests
ATLAS实验的ITk硅条探测器模块在热循环测试中发现形状变化，本文分析了该变形与模块应力的关系，并提出了热循环程序的修改方案。
2025-03-05 hep-ex physics.ins-det
Characterisation of novel prototypes of monolithic HV-CMOS pixel detectors for high energy physics experiments
计划于2024年对ATLAS实验进行升级，用于LHC的高亮度阶段，并预计将用完全由硅器件制成的新内部跟踪器（ITk）取代现有的内部探测器（ID）。耗尽的有源像素传感器与高电压CMOS（HV-CMOS）技术构建的调查作为一个选项，以覆盖大面积的像素检测器的最外层，是特别感兴趣的单片器件的发展，这将降低生产成本和材料预算相对于本混合组件。为此，H35 DEMO是一款大面积HV-CMOS演示芯片，由KIT、IFAE和利物浦大学设计，并采用AMS 350 nm CMOS技术生产。它由四个像素矩阵和额外的测试结构。两个矩阵包括放大器和放大器级，因此被设计为作为单片检测器操作。在这些装置中，信号主要由通过施加100 V量级的偏置电压获得的小耗尽体积中的电荷漂移产生。此外，为了增强芯片的辐射硬度，该技术允许将电子器件封装在也用作收集电极的相同深N阱中。在这方面的贡献的H35 DEMO芯片的特性和结果的第一束测试测量的单片CMOS矩阵与高能量π介子在欧洲核子研究中心SPS将提交。
2017-05-15 hep-ex physics.ins-det
A Letter of Intent for MATHUSLA: a dedicated displaced vertex detector above ATLAS or CMS
在这份意向书（LOI）中，我们提出了MATHUSLA（超稳定中性粒子的大规模定时速度计）的建设，这是一个专用的大容量位移顶点探测器，用于ATLAS或CMS上方表面的HL-LHC。这样的探测器可以使用现有技术建造，并有合理的预算及时进行HL-LHC升级，可以搜索中性长寿命粒子（LLP），其灵敏度比ATLAS或CMS高出几个数量级，同时还可以作为CERN的尖端宇宙射线望远镜，探索宇宙射线和天体粒子物理学中的许多悬而未决的问题。我们回顾了MATHUSLA的物理动机，并总结了几种不同的可能的探测器几何形状的LLP范围，以及概述了宇宙射线物理计划。我们提出了几个更新的背景研究MATHUSLA，这有助于通知第一个探测器的设计概念，利用模块化结构与电阻板室（RPC）作为主要的跟踪技术。我们提出了第一个效率和重建的研究，以验证这种设计理念的可行性，我们探讨了其总成本的一些方面。最后，我们总结了MATHUSLA试验台的最新进展，这是一个小规模的演示实验，目前正在CERN Point 1获取数据，并对未来的工作进行了简短的评论。
2018-11-02 hep-ex physics.ins-det
Commissioning of proANUBIS: A proof-of-concept detector for the ANUBIS experiment
University of Cambridge（剑桥大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；University of Hong Kong（香港大学）；Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）
ANUBIS实验通过调试原型探测器proANUBIS，验证了在ATLAS地下洞穴中探测长寿命粒子的可行性，并为未来全规模实施奠定基础。
2025-12-20 hep-ex
