4D-Share - DC-coupled resistive readout in silicon sensors with internal gain: signal sharing for ultimate time and space resolution in future 4D tracking
Ente finanziatore
MUR - Ministero dell'Università e Ricerca
Programma di finanziamento
PRIN - Progetti di Ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (dal 2020)
Bando di riferimento
PRIN 2022
Anno di presentazione del progetto
2022
Anno di approvazione del progetto
2023
Project ID / numero contratto
2022KLK4LB_001
Durata del progetto
24 mesi
Inizio del progetto
28/09/2023
Fine del progetto
28/09/2025
Ente capofila
UNIUPO - Universita Degli Studi del Università del Piemonte Orientale "Amedeo Avogadro"
Altri partner del progetto
INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Progetto approvato - Contributo unità di ricerca del Dipartimento
€112.603,00
Sustainable Development Goals - Agenda 2030
Keyword
Silicon sensor
4D-tracking
precision timing
RSD
LGAD
Stato del progetto
Approvato
Abstract
Breakthroughs in understanding nature are made possible by developing increasingly accurate experimental apparatuses, such as silicon-based tracking systems able to measure the direction of particles generated in the collisions. Since their first appearance, silicon tracking detectors underwent a remarkably fast evolution. Recent developments in sensor design are opening the way to 4D-tracking detectors, able to measure concurrently position and time of passage of a charged particle using the same sensitive device. The ongoing R&D path based on the innovative Low Gain Avalanche Diode (LGAD) technology, delivered sensors with excellent time resolution (~30 ps), the standard LGADs, and more recently TI-LGADs, and AC-coupled resistive LGADs [1], addressing the feasibility of pixels arrays with an 100% active area and micron-level spatial resolutions. This proposal brings a new paradigm in high accuracy particle tracking, by introducing controlled signal sharing in the principles of operation of silicon sensors, exploited by innovative signal reconstruction methods. The sensor is designed as a thin LGAD with a resistive DC-coupled read-out, also called DC-coupled Resistive Silicon Detector (DC-RSD). The spatial resolution of a silicon detector is typically proportional to the pixel size of the sensor: resolution of the order of 5-10 microns can be achieved with millions of tiny pixels (25x25 square microns). This is technically difficult to implement and leads to very limited space for the electronics devoted to signal processing. In the , a single large resistive layer with an uniform response replaces the array of separate DC-RSD design implants. Similarly to the AC-LGADs, the pixelation of the sensor is determined by the layout of the read-out metallic pads. The built-in signal sharing, typical of a resistive read-out, is combined with the internal gain of LGADs, to achieve micron-level position resolution with large pixels (200x200 square microns). The DC-coupled read-out aims to achieve controlled sharing of the signals The DC-RSD design breaks the relationship between pixel size and spatial resolution, allowing to keep the same resolution with 100 times larger area pixels. The pixel size is determined by the particle density. The main goals of the project are: - Fully develop the concept of DC-coupled resistive read-out; optimize the design using analytic modeling, TCAD and SPICE - Design and produce thin silicon sensors that combine built-in sharing with internal gain (one prototype run of DC-RSD) - Perform full characterization of the production, with static and dynamic measurements in the laboratory (new and irradiated devices) - Develop analytic and machine learning reconstruction codes for the estimate of hit position and time The DC-RSD sensors will benefit all fields of science that make use of particle localization.
I dati relativi ai progetti sottomessi (a titolo esemplificativo: nome ente finanziatore, titolo del progetto, nome del Principal Investigator, elenco dei partner ......) sono raccolti e organizzati in maniera aggregata all'interno del database "UPO Progetti". Tale database ha lo scopo di raccogliere tutti i dati relativi ai progetti di ricerca sottomessi per conto dell'Ateneo (sia che questi siano stati approvati o non approvati a seguito della sottomissione). Tali dati sono utilizzati con lo scopo di raccogliere statistiche aggregate, per l'ottimizzazione della gestione dei processi di sottomissione dei progetti e per la valutazione statistica dei progetti presentati dai ricercatori, al fine di comprendere a livello statistico quale sia il numero di progetti presentati e la percentuale di approvazione degli stessi, oltre che indagare sui fattori che non hanno consentito l'approvazione del progetto. La valutazione ha esclusiva finalità di tipo statistico e si basa sull'analisi di dati aggregati, non prevede alcun monitoraggio/ performance dei ricercatori in relazione al numero di progetti presentati o al tasso di approvazione/ non approvazione. Si precisa che i dati sono trattati rispettando ogni misura cautelativa della sicurezza e riservatezza. Se desidera ottenere maggiori informazioni in relazione alle analisi effettuate su tali dati, può rivolgersi alla Divisione Ricerca e Sviluppo o al DPO dell'Ateneo (dpo@uniupo.it)