Selection of the silicon sensor thickness for the Phase-2 upgrade of the CMS Outer Tracker

W. Adam, T. Bergauer, D. Blöch, M. Dragicevic, R. Frühwirth, V. Hinger, H. Steininger, W. Beaumont, D. Di Croce, X. Janssen, T. Kello, A. Lelek, P. Van Mechelen, S. Van Putte, N. Van Remortel, F. Blekman, M. Delcourt, J. D'Hondt, S. Lowette, S. MoortgatA. Morton, D. Muller, A. R. Sahasransu, E. Sørensen Bols, Y. Allard, D. Beghin, B. Bilin, B. Clerbaux, G. De Lentdecker, W. Deng, L. Favart, A. Grebenyuk, D. Hohov, A. Kalsi, A. Khalilzadeh, M. Mahdavikhorrami, I. Makarenko, L. Moureaux, A. Popov, N. Postiau, F. Robert, Z. Song, L. Thomas, P. Vanlaer, D. Vannerom, Q. Wang, H. Wang, Y. Yang, A. Bethani, G. Bruno, F. Bury, C. Caputo, P. David, A. Deblaere, C. Delaere, I. S. Donertas, A. Giammanco, V. Lemaitre, K. Mondal, J. Prisciandaro, N. Szilasi, A. Taliercio, M. Teklishyn, P. Vischia, S. Wertz, V. Brigljević, D. Ferenček, D. Majumder, S. Mishra, M. Roguljić, A. Starodumov, T. Šuša, P. Eerola, E. Brücken, T. Lampén, L. Martikainen, E. Tuominen, P. Luukka, T. Tuuva, J. L. Agram, J. Andrea, D. Apparu, D. Bloch, C. Bonnin, G. Bourgatte, J. M. Brom, E. Chabert, L. Charles, C. Collard, E. Dangelser, D. Darej, U. Goerlach, C. Grimault, L. Gross, C. Haas, M. Krauth, E. Nibigira, N. Ollivier-Henry, E. Silva Jiménez, E. Asilar, G. Baulieu, G. Boudoul, L. Caponetto, N. Chanon, D. Contardo, P. Dené, T. Dupasquier, G. Galbit, S. Jain, N. Lumb, L. Mirabito, B. Nodari, S. Perries, M. Vander Donckt, S. Viret, V. Botta, L. Feld, W. Karpinski, K. Klein, M. Lipinski, D. Louis, D. Meuser, A. Pauls, G. Pierschel, M. Rauch, N. Röwert, J. Schulz, M. Teroerde, M. Wlochal, C. Dziwok, G. Fluegge, O. Pooth, A. Stahl, T. Ziemons, C. Cheng, P. Connor, A. De Wit, G. Eckerlin, D. Eckstein, E. Gallo, M. Guthoff, A. Harb, C. Kleinwort, R. Mankel, H. Maser, M. Meyer, C. Muhl, A. Mussgiller, Y. Otarid, D. Pitzl, O. Reichelt, M. Savitskyi, R. Stever, N. Tonon, A. Velyka, R. Walsh, Q. Wang, A. Zuber, M. Abbas, L. Ardila, M. Balzer, T. Barvich, T. Blank, E. Butz, M. Caselle, W. De Boer, A. Dierlamm, A. Droll, U. Elicabuk, K. El Morabit, F. Hartmann, U. Husemann, R. Koppenhöfer, S. Maier, S. Mallows, T. Mehner, M. Metzler, J. Modes, J. O. Müller-Gosewisch, Th Muller, M. Neufeld, A. Nürnberg, O. Sander, D. Schell, M. Schröder, I. Shvetsov, H. J. Simonis, J. Stanulla, P. Steck, M. Wassmer, M. Weber, A. Weddigen, F. Wittig, G. Anagnostou, P. Assiouras, G. Daskalakis, I. Kazas, A. Kyriakis, D. Loukas, T. Balázs, K. Márton, F. Siklér, V. Veszprémi, A. Das, C. Kar, P. Mal, R. Mohanty, P. Saha, S. Swain, A. Bhardwaj, C. Jain, G. Jain, A. Kumar, K. Ranjan, S. Saumya, R. Bhattacharya, S. Dutta, P. Palit, G. Saha, S. Sarkar, P. Cariola, D. Creanza, M. De Palma, G. De Robertis, L. Fiore, M. Ince, F. Loddo, G. Maggi, S. Martiradonna, M. Mongelli, S. My, G. Selvaggi, L. Silvestris, S. Albergo, S. Costa, A. Di Mattia, R. Potenza, M. A. Saizu, A. Tricomi, C. Tuve, G. Barbagli, M. Brianzi, A. Cassese, R. Ceccarelli, R. Ciaranfi, V. Ciulli, C. Civinini, R. D'Alessandro, F. Fiori, E. Focardi, G. Latino, P. Lenzi, M. Lizzo, M. Meschini, S. Paoletti, R. Seidita, G. Sguazzoni, L. Viliani, F. Ferro, E. Robutti, F. Brivio, M. E. Dinardo, P. Dini, S. Gennai, L. Guzzi, S. Malvezzi, D. Menasce, L. Moroni, D. Pedrini, D. Zuolo, P. Azzi, N. Bacchetta, P. Bortignon, D. Bisello, T. Dorigo, M. Tosi, H. Yarar, L. Gaioni, M. Manghisoni, L. Ratti, V. Re, E. Riceputi, G. Traversi, P. Asenov, G. Baldinelli, F. Bianchi, G. M. Bilei, S. Bizzaglia, M. Caprai, B. Checcucci, D. Ciangottini, L. Fanò, L. Farnesini, M. Ionica, M. Magherini, G. Mantovani, V. Mariani, M. Menichelli, A. Morozzi, F. Moscatelli, D. Passeri, A. Piccinelli, P. Placidi, A. Rossi, A. Santocchia, D. Spiga, L. Storchi, T. Tedeschi, C. Turrioni, P. Azzurri, G. Bagliesi, A. Basti, R. Beccherle, V. Bertacchi, L. Bianchini, T. Boccali, F. Bosi, R. Castaldi, M. A. Ciocci, R. Dell'Orso, S. Donato, A. Giassi, M. T. Grippo, F. Ligabue, G. Magazzu, E. Manca, G. Mandorli, M. Massa, E. Mazzoni, A. Messineo, A. Moggi, F. Morsani, F. Palla, S. Parolia, F. Raffaelli, G. Ramirez Sanchez, A. Rizzi, S. Roy Chowdhury, P. Spagnolo, R. Tenchini, G. Tonelli, A. Venturi, P. G. Verdini, R. Bellan, S. Coli, M. Costa, R. Covarelli, G. Dellacasa, N. Demaria, S. Garbolino, M. Grippo, E. Migliore, E. Monteil, M. Monteno, G. Ortona, L. Pacher, A. Rivetti, A. Solano, A. Vagnerini, M. Ambrozas, A. Juodagalvis, A. Rinkevicius, A. Ahmad, S. Muhammad, A. Sultan, E. Curras Rivera, J. Duarte Campderros, M. Fernandez, A. Garcia Alonso, G. Gomez, F. J. Gonzalez Sanchez, R. Jaramillo Echeverria, D. Moya, A. Ruiz Jimeno, L. Scodellaro, I. Vila, A. L. Virto, J. M. Vizan Garcia, D. Abbaneo, I. Ahmed, E. Albert, J. Almeida, M. Barinoff, J. Batista Lopes, G. Bergamin, G. Blanchot, F. Boyer, A. Caratelli, R. Carnesecchi, D. Ceresa, J. Christiansen, K. Cichy, J. Daguin, S. Detraz, M. Dudek, N. Emriskova, F. Faccio, N. Frank, T. French, A. Hollos, G. Hugo, J. Kaplon, Z. Kerekes, K. Kloukinas, N. Koss, L. Kottelat, D. Koukola, M. Kovacs, A. La Rosa, P. Lenoir, R. Loos, A. Marchioro, I. Mateos Dominguez, S. Mersi, S. Michelis, A. Millet, A. Onnela, S. Orfanelli, T. Pakulski, A. Papadopoulos, A. Perez, F. Perez Gomez, J. F. Pernot, P. Petagna, Q. Piazza, P. Rose, S. Scarfì, M. Sinani, R. Tavares Rego, P. Tropea, J. Troska, A. Tsirou, F. Vasey, P. Vichoudis, A. Zografos, W. Bertl, L. Caminada, A. Ebrahimi, W. Erdmann, R. Horisberger, H. C. Kaestli, D. Kotlinski, U. Langenegger, B. Meier, M. Missiroli, L. Noehte, T. Rohe, S. Streuli, K. Androsov, M. Backhaus, R. Becker, P. Berger, A. De Cosa, D. Di Calafiori, A. Calandri, L. Djambazov, M. Donega, C. Dorfer, F. Eble, F. Glessgen, C. Grab, D. Hits, W. Lustermann, M. Meinhard, J. Niedziela, V. Perovic, M. Reichmann, B. Ristic, U. Roeser, D. Ruini, J. Sörensen, R. Wallny, K. Bösiger, D. Brzhechko, F. Canelli, K. Cormier, R. Del Burgo, M. Huwiler, A. Jofrehei, B. Kilminster, S. Leontsinis, A. Macchiolo, U. Molinatti, R. Maier, V. Mikuni, I. Neutelings, A. Reimers, P. Robmann, Y. Takahashi, D. Wolf, P. H. Chen, W. S. Hou, R. S. Lu, E. Clement, D. Cussans, J. Goldstein, S. Seif El Nasr-Storey, N. Stylianou, J. A. Coughlan, K. Harder, K. Manolopoulos, I. R. Tomalin, R. Bainbridge, J. Borg, C. Brown, G. Fedi, G. Hall, D. Monk, M. Pesaresi, K. Uchida, K. Coldham, J. Cole, M. Ghorbani, A. Khan, P. Kyberd, I. D. Reid, R. Bartek, A. Dominguez, R. Uniyal, A. M. Vargas Hernandez, G. Benelli, B. Burkle, X. Coubez, U. Heintz, N. Hinton, J. Hogan, A. Honma, A. Korotkov, D. Li, M. Lukasik, M. Narain, S. Sagir, F. Simpson, E. Spencer, E. Usai, J. Voelker, W. Y. Wong, W. Zhang, E. Cannaert, M. Chertok, J. Conway, G. Haza, D. Hemer, F. Jensen, J. Thomson, W. Wei, T. Welton, R. Yohay, F. Zhang, G. Hanson, W. Si, P. Chang, S. B. Cooperstein, N. Deelen, R. Gerosa, L. Giannini, S. Krutelyov, B. N. Sathia, V. Sharma, M. Tadel, A. Yagil, V. Dutta, L. Gouskos, J. Incandela, M. Kilpatrick, S. Kyre, H. Qu, M. Quinnan, J. P. Cumalat, W. T. Ford, E. Macdonald, A. Perloff, K. Stenson, K. A. Ulmer, S. R. Wagner, J. Alexander, Y. Bordlemay Padilla, S. Bright-Thonney, X. Chen, Y. Cheng, J. Conway, D. Cranshaw, A. Datta, A. Filenius, S. Hogan, S. Lantz, J. Monroy, H. Postema, D. Quach, J. Reichert, M. Reid, D. Riley, A. Ryd, K. Smolenski, C. Strohman, J. Thom, P. Wittich, R. Zou, A. Bakshi, D. R. Berry, K. Burkett, D. Butler, A. Canepa, G. Derylo, J. Dickinson, K. F. Di Petrillo, A. Ghosh, C. Gingu, H. Gonzalez, S. Grünendahl, L. Horyn, M. Johnson, P. Klabbers, C. M. Lei, R. Lipton, S. Los, P. Merkel, P. Murat, S. Nahn, F. Ravera, R. Rivera, L. Spiegel, L. Uplegger, E. Voirin, H. A. Weber, H. Becerril Gonzalez, S. Dittmer, A. Evdokimov, O. Evdokimov, C. E. Gerber, D. J. Hofman, C. Mills, T. Roy, S. Rudrabhatla, J. Yoo, M. Alhusseini, S. Durgut, J. Nachtman, Y. Onel, C. Rude, C. Snyder, K. Yi, O. Amram, N. Eminizer, A. Gritsan, S. Kyriacou, P. Maksimovic, C. Mantilla Suarez, J. Roskes, M. Swartz, T. Vami, J. Anguiano, A. Bean, S. Khalil, E. Schmitz, G. Wilson, A. Ivanov, T. Mitchell, A. Modak, R. Taylor, J. G. Acosta, L. M. Cremaldi, S. Oliveros, L. Perera, D. Summers, K. Bloom, D. R. Claes, C. Fangmeier, F. Golf, C. Joo, I. Kravchenko, J. Siado, I. Iashvili, A. Kharchilava, C. McLean, D. Nguyen, J. Pekkanen, S. Rappoccio, A. Albert, Z. Demiragli, D. Gastler, E. Hazen, A. Peck, J. Rohlf, J. Li, A. Parker, L. Skinnari, K. Hahn, Y. Liu, K. Sung, B. Cardwell, B. Francis, C. S. Hill, K. Wei, S. Malik, S. Norberg, J. E. Ramirez Vargas, R. Chawla, S. Das, M. Jones, A. Jung, A. Koshy, M. Liu, G. Negro, J. Thieman, T. Cheng, J. Dolen, N. Parashar, K. M. Ecklund, S. Freed, A. Kumar, H. Liu, T. Nussbaum, R. Demina, J. Dulemba, O. Hindrichs, S. Korjenevski, E. Bartz, A. Gandrakotra, Y. Gershtein, E. Halkiadakis, A. Hart, A. Lath, K. Nash, M. Osherson, S. Schnetzer, R. Stone, R. Eusebi, P. D'Angelo

Research output: Contribution to journalArticlepeer-review

1 Citation (Scopus)

Abstract

During the operation of the CMS experiment at the High-Luminosity LHC the silicon sensors of the Phase-2 Outer Tracker will be exposed to radiation levels that could potentially deteriorate their performance. Previous studies had determined that planar float zone silicon with n-doped strips on a p-doped substrate was preferred over p-doped strips on an n-doped substrate. The last step in evaluating the optimal design for the mass production of about 200 m2 of silicon sensors was to compare sensors of baseline thickness (about 300 μm) to thinned sensors (about 240 μm), which promised several benefits at high radiation levels because of the higher electric fields at the same bias voltage. This study provides a direct comparison of these two thicknesses in terms of sensor characteristics as well as charge collection and hit efficiency for fluences up to 1.5 × 1015 neq/cm2. The measurement results demonstrate that sensors with about 300 μm thickness will ensure excellent tracking performance even at the highest considered fluence levels expected for the Phase-2 Outer Tracker.

Original languageEnglish
Article numberP11028
JournalJournal of Instrumentation
Volume16
Issue number11
DOIs
Publication statusPublished - 2021 Nov
Externally publishedYes

Keywords

  • Particle tracking detectors (Solid-state detectors)
  • Radiation damage to detector materials (solid state)
  • Radiation-hard detectors
  • Si microstrip and pad detectors

ASJC Scopus subject areas

  • Instrumentation
  • Mathematical Physics

Fingerprint

Dive into the research topics of 'Selection of the silicon sensor thickness for the Phase-2 upgrade of the CMS Outer Tracker'. Together they form a unique fingerprint.

Cite this