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Office of Scientific and Technical Information

Title: Modelling radiation damage to pixel sensors in the ATLAS detector

Journal Article · · Journal of Instrumentation
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Silicon pixel detectors are at the core of the current and planned upgrade of the ATLAS experiment at the LHC. Given their close proximity to the interaction point, these detectors will be exposed to an unprecedented amount of radiation over their lifetime. The current pixel detector will receive damage from non-ionizing radiation in excess of 1015 1 MeV neq/cm2, while the pixel detector designed for the high-luminosity LHC must cope with an order of magnitude larger fluence. We present a digitization model incorporating effects of radiation damage to the pixel sensors. The model is described in detail and predictions for the charge collection efficiency and Lorentz angle are compared with collision data collected between 2015 and 2017 (≤ 1015 1 MeV neq/cm2).

Research Organization:
Harvard Univ., Cambridge, MA (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, TN (United States). Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration; ATLAS collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; AC02-76SF00515; SC0007881
OSTI ID:
1547282
Journal Information:
Journal of Instrumentation, Journal Name: Journal of Instrumentation Journal Issue: 06 Vol. 14; ISSN 1748-0221
Publisher:
Institute of Physics (IOP)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (38)

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Measurement of trapping time constants in proton-irradiated silicon pad detectors conference January 2003
Simulation of heavily irradiated silicon pixel sensors and comparison with test beam measurements journal August 2005
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Currents to Conductors Induced by a Moving Point Charge journal October 1938
The FLUKA code: description and benchmarking conference January 2007
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
Production and integration of the ATLAS Insertable B-Layer journal May 2018
Measurement of the bulk leakage current of silicon sensors of the CMS Preshower after an integrated luminosity of 6.17 fb −1 , at √s = 7 TeV journal February 2013
Temperature dependence of the current generated in Si bulk journal October 2013
Straggling in thin silicon detectors journal July 1988
Damage correlations in semiconductors exposed to gamma, electron and proton radiations journal January 1993
A time-over-threshold machine: the readout integrated circuit for the BABAR Silicon Vertex Tracker journal June 1997
Simulation of the CMS prototype silicon pixel sensors and comparison with test beam measurements conference January 2004
Currents Induced by Electron Motion journal September 1939
Measurement of trapping time constants in proton-irradiated silicon pad detectors journal December 2004
Numerical Simulation of Radiation Damage Effects in p-Type and n-Type FZ Silicon Detectors journal October 2006
Combined Bulk and Surface Radiation Damage Effects at Very High Fluences in Silicon Detectors: Measurements and TCAD Simulations journal October 2016
Parton distributions for the LHC journal July 2009
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Recent progress on 3D silicon detectors conference December 2015

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