用于 ATLAS 内部径迹探测器升级的新型薄型 n-in-p 平面像素模组的特性研究

鉴于 LHC（HL-LHC）高亮度阶段将于 2026 年前后开始运行，ATLAS 实验的径迹系统重大升级正在准备中。像素探测器最内层高达 2.4 * 1e16 1 MeV neq./cm2 的中子等效通量带来了最严峻的挑战。得益于其低材料预算与辐照后的高电荷收集效率，由薄平面像素传感器制成的模组是装备这些层的有前途的候选者。为针对减小至 50 * 50 {\mu}m2 的像素单元尺寸优化传感器布局，正在进行 TCAD 器件仿真以研究辐照前后的电荷收集效率。此外，厚度为 100-150 {\mu}m、与具备上一代 50 * 250 {\mu}m2 像素单元尺寸的 FE-I4 读出芯片互连的传感器，正在 CERN-SPS 与 DESY 设施用测试束进行表征。比较了不同设计、辐照至 1 * 1e16 neq./cm2 通量的传感器在电荷收集与击中效率方面的性能。HL-LHC 寿命期内预计更换最内两层像素层。该更换将需要数月的介入期，其间剩余探测器模组无法冷却。它们被保持在室温下，从而诱发退火。辐照模组的性能将通过测试束活动与高温加速退火方法进行调查研究。