Caracterización de sensores de silicio de baja ganancia para aplicaciones con alta resolución temporal

Abstract

El HL-LHC ((High-Luminosity Large Hadron Collider) es una actualización planificada del LHC (Large Hadron Collider) con el objetivo de aumentar aún más la luminosidad (la cantidad de colisiones de partículas que ocurren en un cierto periodo de tiempo) del LHC, para hacer frente a esta actualización, se requiere desarrollar una serie de tecnologías innovadoras. En el experimento de CMS (Compact Muon Solenoid), se ha desarrollado un nuevo sistema de detectores con alta resolución temporal, conocido como Minimum Ionizing Particle Timing Detector (MTD). En este trabajo, se llevó a cabo una caracterización eléctrica de uno de los componentes principales del MTD, conocido como Low Gain Avalanche Detector (LGAD). El objetivo fue comprender sus propiedades y comportamiento eléctrico, así como determinar sus puntos de trabajo para su posterior aplicación en experimentos de CMS. Para lograr esto, se realizaron mediciones de las relaciones corriente-voltaje (I-V) y capacitancia-voltaje (C-V) de estos sensores. Esto permitió determinar parámetros clave como el voltaje de la capa de ganancia, la capacitancia final y el voltaje de ruptura. Además, se llevó a cabo una investigación sobre el efecto de la irradiación en los sensores LGAD, revelando una variación significativa en su comportamiento eléctrico en función de los niveles de radiación.

The HL-LHC (High-Luminosity Large Hadron Collider) is a planned upgrade to the LHC (Large Hadron Collider) aimed at further increasing the luminosity (the number of particle collisions occurring within a certain period of time) of the LHC. Achieving this improvement requires the development of a series of innovative technologies. In the CMS (Compact Muon Solenoid) experiment, a new detector system with high temporal resolution has been developed, known as the Minimum Ionizing Particle Timing Detector (MTD). In this study, an electrical characterization of one of the main components of the MTD, called the Low Gain Avalanche Detector (LGAD), was conducted. The goal was to comprehend its properties and electrical behavior, as well as to determine its operational parameters for subsequent application in CMS experiments. To achieve this, measurements were carried out on the current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) relationships of these sensors. This allowed for the determination of key parameters such as the gain layer voltage, final capacitance, and breakdown voltage. Furthermore, an investigation into the irradiation effect on LGAD sensors was conducted, revealing a significant variation in their electrical behavior based on radiation levels.