ALICE ITS3的新型真圆柱形追踪器

ALICE合作组正在为下一次LHC长停机（LS3）期间升级当前内追踪系统（ITS）的最内三层。新ITS探测器将使用晶圆级（长度可达27厘米）的单片有源像素传感器，采用65纳米CMOS图像传感器工艺，厚度减薄至50微米，并弯曲围绕束流管。计划的升级将允许每层追踪器仅使用两个传感器，仅由边缘的两个机械支撑和传感器边界的两个薄碳纤维支撑固定。用空气冷却替代水冷却将使每层材料预算从当前探测器的约0.36% X₀降低至0.09% X₀。研发过程还导致了新型传感器变体的开发，在先前探测器的基础上增加了低剂量n型掺杂。这改善了电荷收集速度，确认了约5微米的空间分辨率、大于99%的探测效率和优异的辐射耐受性。大面积原型证明了实现大于90%的有源面积和低于10⁻⁶ hits/pixel/event的假击中率而不损失探测效率的可能性。本报告将展示上述创新，特别关注一种小型面积模拟测试结构，其前端可通过片上运算放大器缓冲器进行监测，以保留陡峭的信号边缘（数百皮秒），从而研究传感器的时间性能。表征结果证明了平均时间分辨率为63皮秒，信号恰好穿过电极下方时的时间分辨率为50皮秒，探测效率高于99%。