用于 LGAD 传感器皮秒精度时间测量的前端原型 ASIC 性能
仪器与探测器
2020-07-08 v3 高能物理 - 实验
摘要
对于 LHC 的高亮度阶段，ATLAS 实验提议在前向区增加高粒度时间探测器（HGTD）以缓解增加的pile-up效应。所选择的探测技术是低增益雪崩探测器（LGAD）硅传感器，其可提供优于 50 ps 的优异时间分辨率。前端读出 ASIC 必须在保持低功耗的同时维持传感器的性能。本文给出了前端 ASIC 首个原型（命名为 ALTIROC0）的结果，该原型包含读出芯片的模拟级（前置放大器和甄别器）。该 ASIC 单独以及作为与 2×2 LGAD 阵列（1.1×1.1 mm² 焊盘凸点键合到其上）组成的模块的一部分进行了表征。在带有校准装置的测试台测量中研究了电子学对时间分辨率的各项贡献。无论 ASIC 单独还是带有凸点键合传感器，对于 10 fC 的注入电荷，ASIC 的抖动均优于 20 ps。由前置放大器对不同注入电荷的响应差异引起的时间游走效应，可利用时间过阈（Time Over Threshold）测量校正至 10 ps 以内。ASIC 与 LGAD 传感器的综合性能于 2018 年 10 月在 CERN SPS 用 120 GeV 能量π介子进行的束流测试活动中测得，对于所有被测模块约为 40 ps。所有测试模块均表现出良好的效率和时间分辨率均匀性。
引用
@article{arxiv.2002.06089,
title = {Performance of a Front End prototype ASIC for picosecond precision time measurements with LGAD sensors},
author = {C. Agapopoulou and S. Blin and A. Blot and L. Castillo Garcia and M. Chmeissani and S. Conforti di Lorenzo and C. de La Taille and P. Dinaucourt and A. Fallou and J. Garcia Rodriguez and V. Gkougkousis and C. Grieco and S. Grinstein and S. Guindon and N. Makovec and G. Martin-Chassard and G. Pellegrini and A. Rummler and S. Sacerdoti and N. Seguin Moreau and L. Serin and A. Tricoli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.06089},
year = {2020}
}
备注
23 pages, 27 figures