近日，中科院高能所與清華大學(xué)團隊合作參加的ATLAS硅徑跡探測器升級項目，完成了ATLAS短硅微條模塊(Short Strip Module)樣機試制。短硅模塊樣機在通過各項電子學(xué)測試后，已運往英國盧瑟福實驗室進行聯(lián)調(diào)測試，驗證桶部關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計。
為應(yīng)對高亮度大型強子對撞機(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)團隊合作參與外層徑跡探測器(ITk-Strip)項目，承擔建造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)首次承擔此類大面積抗輻照硅徑跡探測器項目。
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格控制，定位精度滿足設(shè)計要求。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)團隊廣泛參與國際合作。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，完成多個數(shù)字功能模塊的設(shè)計與驗證工作，樣片符合指標要求。與英國盧瑟福實驗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，實現(xiàn)精準質(zhì)量控制。此外，利用德國電子同步加速器研究所束流試驗設(shè)施，高能所完成了硅探測器模塊樣機高劑量輻照前后的空間分辨率、探測效率等關(guān)鍵指標的標定工作。此次模塊樣機試制成功后，團隊將全力準備即將開始的生產(chǎn)點審核，通過后開始預(yù)生產(chǎn)，計劃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集成、安裝、調(diào)試及運行。
本項目受到科技部重點研發(fā)計劃、基金委國際合作研究項目、清華大學(xué)、核探測與核電子學(xué)國家重點實驗室等經(jīng)費支持。
