Timing and pixel Diamond
Plans for phase I and II
G. Chiodini and S. Spagnolo
INFN and Universita’ Lecce
A. Di Ciaccio and R. Cardarelli
INFN and Universita’ Roma2 Tor-Vergata
M. Villa and C. Sbarra
INFN and Universita’ Bologna
4 Mar 2013
Activities on diamond
Roma Tor-Vergata group:
• Diamond in neutron detection with ENEA
• Luminometro veloce per SuperB
Lecce group:
• Esperimento in gruppo 5 DIAPIX (DIAmond PIXel)
• Pixels with chip superPIX0
(the same foot-print of chip 3D superPIX1)
•
LE(ATLAS) + MI-BI (CMS) + PV (superB)
•
Timing with diamond (CT+LE)
• Membri di RD42
• ATLAS+CMS+LHC beam monitor
• ATLAS pixels with chip FEI4 per DBM
• CMS pixels with chip psi46 per PLT
Bologna group:
• Silicon and Diamond Pixels with chip superPIX0 in collaboration with DIAPIX
PRIN2012:
• Unita’: BO-LE-ROMA2
• Principal Investigator: Anna di Ciaccio
• Titolo: Sviluppo di rivelatori di particelle al diamante sintetico ad elevata risoluzione
temporale
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Future activities on diamond
•
•
•
C’e’ un interesse dei gruppi di Bologna, Lecce e Roma2 di investire in attivita’ sul diamante
a lungo e corto termine all’interno di ATLAS.
Prime discussione tra i gruppi a Dicembre 2012.
Attesa una evoluzione nei prossimi anni
PHASE I
• Timing per AFP
• una proposta italiana:
https://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=7&sessionId=1&resId=0&mat
erialId=slides&confId=201836
• Luminometria (nessun coinvolgimento attuale)
• ATLAS BCM/BLM e DBM (pixels)
PHASE II
• Pixel per layer interni del tracker
• RD42
• DIAPIX in G5
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10 ps MIP timing with diamond
Rad-hard
No leakage current
No cooling
Robust
LVL1 trigger tracking
Small signal/noise ratio for MIP
Cost
Availability in many pieces of large
size and high quality to be proven
dT=dt/sqrt(Nplane)
•
•
•
•
Strong tilted angle
More layers
Weighted average
t=t1*w1…tn*wN
NB: Noi crediamo che 30 ps/piano sia possibile (in letteratura 117 ps)
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Electronics for diamond
INFN Roma Tor-Vergata group:
• Electronics far-away from diamond sensor (50 Ohm impedance)
• Realized amplifier based on SiGe Transistor BFP740 and used in Oct12
testbeam
• 8 channels SiGe chip founded by INFN and submission expect before
june 2013
INFN Lecce group:
• Following the GSI group approach: minimizing input capacitance with
first amplifier stage on diamond sensor
• RF-amplifier based on SiGE transistor BFR705 as first stage and
followed by MMIC amplifier PSA4-5043 as QUARTIC group
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Sensor geometry
INFN Roma Tor-Vergata group:
• Sensor thinning means faster signal and less polarization effects
• Using 100 um planar sensors
• Packaging 6 layers in series (under test, results soon)
Il baseline e’ planare ma
a piu’ lungo termine strutture 3D
potrebbero migliorare le prestazioni
INFN Lecce group
• 3D structure are faster (250 ps vs few ns??? Track position and angle
matter a lot)
• RD42 succeeded in 3D diamond (very promising and new!!!). In contact
with Alexander Oh.
• Lecce group in contact with 3D diamond sensor Florence group (G.
Parrini and S. Sciortino). First prototype before june 2013.
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Timing and pixel with Diamond
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Testbeam
 The diamond timing is strongly noise
dependent through the relationship
σ = trise/(S/N) with trise = 10 ns
INFN Roma Tor-Vergata group:
• Mono-crystalline diamond
 The following resolutions are obtained
• Oct 2012 at CERN
for the two orientations of the diamond
• SiGe BJT
(S/N)Diamondorthogonal = 13
σt = 770 ps
• Next Desy in June-July 2013
σt = 69 ps
(S/N)Diamondparallel = 145
INFN Lecce group
• Poly-crystalline diamond
• Oct 2012 at CERN
• Cividec electronics
• Next Desy in Oct-Nov 2013
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Angle
Mean Amp (mV)
Sigma(T1-T2) (ps)
0
130
740
25
127
769
45
180
610
65
195
428
90 (nominal)
233
400/sqrt(2)=282 ps
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DIAPIX WP1: pixel ibridi di diamante
R.O. chip: Superpix0 130 nm CMOS sviluppato dalla Coll. SuperB (INFN Bo, Pv Pi)
Bump-bonding 3
rivelatori sembra
buono (Xray a IZM)
pitch=50umx50um
Test board
per chip
superPix0
Tre rivelatori
assemblati
sulla carrier
board di
superPIX0
(Pisa)
Scan in soglia
del pixel (28,5)
a Pavia
Test di funzionalita’ a Pavia.
Test con sorgente a Lecce.
Test veloce su fascio fatto da Bologna del secondo rivelatore durante test-beam di
SuperB@CERN-SPS. Viste correlazioni spaziali con rivelatori al Silicio.
NEXT: pixel al diamante con chip superPIX1 a Integrazione Verticale
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Richieste
R&D sul timing con diamante
•e’ in svolgimento
•non ci sono richieste esplicite da fare al momento
•Nel futuro dipendera’ molto dal successo e tempistica del R&D oltre che ad
evoluzione di AFP in ATLAS.
R&D sui pixel al diamante
•In attesa dei risultati del PRIN 2012
•DIAPIX in gruppo 5 finisce nel 2013
•Prossimi pixel ibridi con superPIX1 (stesso footprint di superPIX0) ancora non
finanziato (perche’ ancora non pronto)
•Si chiede che G1 (quindi ATLAS e CMS) manifesti interesse sul R&D dei pixel a
diamante per gli UPGRADE Di FASE II affinche’ in G5 venga dato supporto
Partecipazioni a RD42:
•Due riunioni all’anno.
•Estremamente utili, anzi necessarie.
•Sempre partecipato e fatto presentazioni.
•Usati fondi di formazione e G1 (G5 no missioni estere). In caso di necessita’ richiesta
supporto ad ATLAS Italia
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