近日，中科院高能所與清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作參加的ATLAS硅徑跡探測器升級項(xiàng)目，完成了ATLAS短硅微條模塊（Short Strip Module）樣機(jī)試制。短硅模塊樣機(jī)在通過各項(xiàng)電子學(xué)測試后，已運(yùn)往英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行聯(lián)調(diào)測試，驗(yàn)證桶部關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
為應(yīng)對高亮度大型強(qiáng)子對撞機(jī)（HL-LHC）升級，ATLAS合作組采用領(lǐng)域內(nèi)最前沿的硅探測器和讀出電子學(xué)技術(shù)，建造全硅徑跡探測器（Inner Tracker，簡稱ITk）替代現(xiàn)有徑跡室，提高帶電粒子徑跡探測性能。高能所與清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作參與外層徑跡探測器（ITk-Strip）項(xiàng)目，承擔(dān)建造1，000個高性能硅探測器模塊，硅覆蓋面積約10平方米，約占桶部總面積10%，為國內(nèi)首次承擔(dān)此類大面積抗輻照硅徑跡探測器項(xiàng)目。
此次試制的ATLAS硅徑跡探測器模塊由短硅微條傳感器（Short Strip Sensor）、前端讀出芯片（ABCStar）、電源控制板等構(gòu)成。短硅微條傳感器長9.76 厘米，寬9.80厘米，條間距75.5微米，總通道數(shù)超過5，000道。前端ABCStar芯片256通道0/1讀出，模塊搭載20個ABCStar芯片，每個芯片通過四層高密度25微米直徑的鋁線與傳感器引線鍵合連通。試制過程中模塊組件位置嚴(yán)格控制，定位精度滿足設(shè)計(jì)要求。電子學(xué)測試結(jié)果表明，芯片連通傳感器前后噪聲水平符合指標(biāo)要求，引線鍵合后通道有效率高于99.5%。
高能所與清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)廣泛參與國際合作。與歐洲核子中心、美國賓夕法尼亞大學(xué)等單位合作開展抗輻照ABCStar芯片的設(shè)計(jì)，完成多個數(shù)字功能模塊的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作，樣片符合指標(biāo)要求。與英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室等單位開展深入合作，通過多輪預(yù)制確立硅探測器模塊建造工藝步驟，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)質(zhì)量控制。此外，利用德國電子同步加速器研究所束流試驗(yàn)設(shè)施，高能所完成了硅探測器模塊樣機(jī)高劑量輻照前后的空間分辨率、探測效率等關(guān)鍵指標(biāo)的標(biāo)定工作。此次模塊樣機(jī)試制成功后，團(tuán)隊(duì)將全力準(zhǔn)備即將開始的生產(chǎn)點(diǎn)審核，通過后開始預(yù)生產(chǎn)，計(jì)劃2021年完成50個全功能硅探測器模塊。后續(xù)將完成批量生產(chǎn)，并參與硅徑跡探測器在歐洲核子中心的在點(diǎn)集成、安裝、調(diào)試及運(yùn)行。
本項(xiàng)目受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、基金委國際合作研究項(xiàng)目、清華大學(xué)、核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等經(jīng)費(fèi)支持。
附件下載：
