面向 HL-LHC ATLAS 升级的 n-in-p 像素模块研制

薄平面像素模块是用于 HL-LHC 新 ATLAS 像素探测器内部层仪器化的有前景的候选方案，这得益于其对材料预算的较小贡献以及辐照后的高电荷收集效率。厚度为 100-200 $\mu$m 的传感器与 FE-I4 读出芯片互连，已在 CERN-SPS 和 DESY 使用放射源和束流测试进行了表征。本文报告了这些器件在辐照至 $14\times10^{15}$ n$_{eq}$/cm$^2$ 通量前后的测量结果。比较了不同传感器厚度下的电荷收集与径迹效率。讨论了未来平面像素传感器生产的展望，重点关注针对采用 65 nm CMOS 工艺的 RD53 Collaboration 读出芯片所预定的像素间距（50x50 和 25x100 $\mu$m$^2$）的传感器设计。需要对像素单元中的偏置结构进行优化，以避免目前辐照后在穿通区观察到的击中效率损失。为此，利用束流测试数据比较了 FE-I4 兼容传感器在不同通量水平下各种布局的性能。高细分传感器将对 HL-LHC 像素系统前向区域的径迹探测构成挑战。为了重现高赝快度值下 50x50 $\mu$m$^2$ 像素的性能，在束流测试中针对短像素方向以大入射角（80$^circ$）对 FE-I4 兼容平面像素传感器进行了辐照前后的研究。将展示关于簇形状、电荷收集和击中效率的结果。