Modelling radiation damage to pixel sensors in the ATLAS detector

Aaboud, M. et al. (2019) Modelling radiation damage to pixel sensors in the ATLAS detector. Journal of Instrumentation, 14(6), P06012. (doi:10.1088/1748-0221/14/06/P06012)

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Abstract

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. This paper presents 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 ).

Item Type:Articles
Status:Published
Refereed:Yes
Glasgow Author(s) Enlighten ID:Robson, Professor Aidan and Crawley, Samuel Joseph and Ferrando, Dr James and Cinca, Dr Diane and Blue, Dr Andrew and Boutle, Dr Sarah and Pollard, Dr Chris and Spiteri, Dwayne and Alshehri, Azzah Aziz B and Doyle, Professor Anthony and Zaripovas, Donatas and Gul, Dr Umar and Gray, Chloe and Bates, Dr Richard and Ferreira De Lima, Dr Danilo and Callea, Mr Giuseppe and Buckley, Dr Andy and Connelly, Dr Ian and Thompson, Dr Stan and O'Shea, Professor Val and Buzatu, Dr Adrian and Owen, Dr Mark and DUNCAN, ANNA and Bussey, Dr Peter and Fabbri, Ms Federica and Buttar, Professor Craig and Stewart, Dr Graeme and D'Auria, Dr Saverio and Wraight, Dr Kenneth and Britton, Professor David and BREADEN MADDEN, William Dmitri and FENTON, MICHAEL and Knue, Dr Andrea
Authors: Aaboud, M., Aad, G., Abbott, B., Abbott, D.C., Abdinov, O., Abhayasinghe, D.K., Abidi, S.H., AbouZeid, O.S., Abraham, N.L., Abramowicz, H., Abreu, H., Abulaiti, Y., Acharya, B.S., Adachi, S., Adam, L., Adam Bourdarios, C., Adamczyk, L., Adamek, L., Adelman, J., Adersberger, M., Adiguzel, A., Adye, T., Affolder, A.A., Afik, Y., Agapopoulou, C., Agaras, M.N., Aggarwal, A., Agheorghiesei, C., Aguilar-Saavedra, J.A., Ahmadov, F., Aielli, G., Akatsuka, S., Åkesson, T.P.A., Akilli, E., Akimov, A.V., Khoury, K. 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Kataoka, Y., Kato, C., Katzy, J., Kawade, K., Kawagoe, K., Kawaguchi, T., Kawamoto, T., Kawamura, G., Kay, E.F., Kazanin, V.F., Keeler, R., Kehoe, R., Keller, J.S., Kellermann, E., Kempster, J.J., Kendrick, J., Kepka, O., Kersten, S., Kerševan, B.P., Ketabchi Haghighat, S., Keyes, R.A., Khader, M., Khalil-Zada, F., Khanov, A., Kharlamov, A.G., Kharlamova, T., Khoda, E.E., Khodinov, A., Khoo, T.J., Khramov, E., Khubua, J., Kido, S., Kiehn, M., Kilby, C.R., Kim, Y.K., Kimura, N., Kind, O.M., King, B.T., Kirchmeier, D., Kirk, J., Kiryunin, A.E., Kishimoto, T., Kitali, V., Kivernyk, O., Kladiva, E., Klapdor-Kleingrothaus, T., Klein, M.H., Klein, M., Klein, U., Kleinknecht, K., Klimek, P., Klimentov, A., Klingl, T., Klioutchnikova, T., Klitzner, F.F., Kluit, P., Kluth, S., Kneringer, E., Knoops, E.B.F.G., Knue, A., Kobayashi, D., Kobayashi, T., Kobel, M., Kocian, M., Kodys, P., Koenig, P.T., Koffas, T., Köhler, N.M., Koi, T., Kolb, M., Koletsou, I., Kondo, T., Kondrashova, N., Köneke, K., König, A.C., Kono, T., Konoplich, R., Konstantinides, V., Konstantinidis, N., Konya, B., Kopeliansky, R., Koperny, S., Korcyl, K., Kordas, K., Koren, G., Korn, A., Korolkov, I., Korolkova, E.V., Korotkova, N., Kortner, O., Kortner, S., Kosek, T., Kostyukhin, V.V., Kotwal, A., Koulouris, A., Kourkoumeli-Charalampidi, A., Kourkoumelis, C., Kourlitis, E., Kouskoura, V., Kowalewska, A.B., Kowalewski, R., Kozakai, C., Kozanecki, W., Kozhin, A.S., Kramarenko, V.A., Kramberger, G., Krasnopevtsev, D., Krasny, M.W., Krasznahorkay, A., Krauss, D., Kremer, J.A., Kretzschmar, J., Krieger, P., Krizka, K., Kroeninger, K., Kroha, H., Kroll, J., Kroll, J., Krstic, J., Kruchonak, U., Krüger, H., Krumnack, N., Kruse, M.C., Kubota, T., Kuday, S., Kuechler, J.T., Kuehn, S., Kugel, A., Kuhl, T., Kukhtin, V., Kukla, R., Kulchitsky, Y., Kuleshov, S., Kulinich, Y.P., Kuna, M., Kunigo, T., Kupco, A., Kupfer, T., Kuprash, O., Kurashige, H., Kurchaninov, L.L., Kurochkin, Y.A., Kurova, A., Kurth, M.G., Kuwertz, 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Levchenko, M., Levêque, J., Levin, D., Levinson, L.J., Li, B., Li, B., Li, C.-Q., Li, H., Li, H., Li, K., Li, L., Li, M., Li, Q., Li, Q.Y., Li, S., Li, X., Li, Y., Liang, Z., Liberti, B., Liblong, A., Lie, K., Liem, S., Lin, C.Y., Lin, K., Lin, T.H., Linck, R.A., Lindon, J.H., Lionti, A.L., Lipeles, E., Lipniacka, A., Lisovyi, M., Liss, T.M., Lister, A., Litke, A.M., Little, J.D., Liu, B., Liu, B.L., Liu, H.B., Liu, H., Liu, J.B., Liu, J.K.K., Liu, K., Liu, M., Liu, P., Liu, Y., Liu, Y.L., Liu, Y.W., Livan, M., Lleres, A., Llorente Merino, J., Lloyd, S.L., Lo, C.Y., Lo Sterzo, F., Lobodzinska, E.M., Loch, P., Lohse, T., Lohwasser, K., Lokajicek, M., Long, J.D., Long, R.E., Longo, L., Looper, K.A., Lopez, J.A., Lopez Paz, I., Lopez Solis, A., Lorenz, J., Lorenzo Martinez, N., Losada, M., Lösel, P.J., Lösle, A., Lou, X., Lou, X., Lounis, A., Love, J., Love, P.A., Lozano Bahilo, J.J., Lu, H., Lu, M., Lu, Y.J., Lubatti, H.J., Luci, C., Lucotte, A., Luedtke, C., Luehring, F., Luise, I., 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A.S., Meyer, C., Meyer, J., Meyer, J.-P., Meyer Zu Theenhausen, H., Miano, F., Middleton, R.P., Mijović, L., Mikenberg, G., Mikestikova, M., Mikuž, M., Milesi, M., Milic, A., Millar, D.A., Miller, D.W., Milov, A., Milstead, D.A., Mina, R.A., Minaenko, A.A., Miñano Moya, M., Minashvili, I.A., Mincer, A.I., Mindur, B., Mineev, M., Minegishi, Y., Ming, Y., Mir, L.M., Mirto, A., Mistry, K.P., Mitani, T., Mitrevski, J., Mitsou, V.A., Mittal, M., Miucci, A., Miyagawa, P.S., Mizukami, A., Mjörnmark, J.U., Mkrtchyan, T., Mlynarikova, M., Moa, T., Mochizuki, K., Mogg, P., Mohapatra, S., Moles-Valls, R., Mondragon, M.C., Mönig, K., Monk, J., Monnier, E., Montalbano, A., Montejo Berlingen, J., Montella, M., Monticelli, F., Monzani, S., Morange, N., Moreno, D., Moreno Llácer, M., Morettini, P., Morgenstern, M., Morgenstern, S., Mori, D., Morii, M., Morinaga, M., Morisbak, V., Morley, A.K., Mornacchi, G., Morris, A.P., Morvaj, L., Moschovakos, P., Mosidze, M., Moss, H.J., Moss, J., Motohashi, K., Mountricha, E., Moyse, E.J.W., Muanza, S., Mueller, F., Mueller, J., Mueller, R.S.P., Muenstermann, D., Mullier, G.A., Munoz Sanchez, F.J., Murin, P., Murray, W.J., Murrone, A., Muškinja, M., Mwewa, C., Myagkov, A.G., Myers, J., Myska, M., Nachman, B.P., Nackenhorst, O., Nagai, K., Nagano, K., Nagasaka, Y., Nagel, M., Nagy, E., Nairz, A.M., Nakahama, Y., Nakamura, K., Nakamura, T., Nakano, I., Nanjo, H., Napolitano, F., Naranjo Garcia, R.F., Narayan, R., Narrias Villar, D.I., Naryshkin, I., Naumann, T., Navarro, G., Neal, H.A., Nechaeva, P.Y., Nechansky, F., Neep, T.J., Negri, A., Negrini, M., Nektarijevic, S., Nellist, C., Nelson, M.E., Nemecek, S., Nemethy, P., Nessi, M., Neubauer, M.S., Neumann, M., Newman, P.R., Ng, T.Y., Ng, Y.S., Ng, Y.W.Y., Nguyen, H.D.N., Nguyen Manh, T., Nibigira, E., Nickerson, R.B., Nicolaidou, R., Nielsen, D.S., Nielsen, J., Nikiforou, N., Nikolaenko, V., Nikolic-Audit, I., Nikolopoulos, K., Nilsson, P., Nindhito, H.R., Ninomiya, Y., Nisati, A., Nishu, N., Nisius, R., Nitsche, I., Nitta, T., Nobe, T., Noguchi, Y., Nomachi, M., Nomidis, I., Nomura, M.A., Nordberg, M., Norjoharuddeen, N., Novak, T., Novgorodova, O., Novotny, R., Nozka, L., Ntekas, K., Nurse, E., Nuti, F., Oakham, F.G., Oberlack, H., Ocariz, J., Ochi, A., Ochoa, I., Ochoa-Ricoux, J.P., O'Connor, K., Oda, S., Odaka, S., Oerdek, S., Ogrodnik, A., Oh, A., Oh, S.H., Ohm, C.C., Oide, H., Ojeda, M.L., Okawa, H., Okazaki, Y., Okumura, Y., Okuyama, T., Olariu, A., Oleiro Seabra, L.F., Olivares Pino, S.A., Oliveira Damazio, D., Oliver, J.L., Olsson, M.J.R., Olszewski, A., Olszowska, J., O'Neil, D.C., Onofre, A., Onogi, K., Onyisi, P.U.E., Oppen, H., Oreglia, M.J., Orellana, G.E., Oren, Y., Orestano, D., Orlando, N., Orr, R.S., Osculati, B., O'Shea, V., Ospanov, R., Otero y Garzon, G., Otono, H., Ouchrif, M., Ould-Saada, F., Ouraou, A., Ouyang, Q., Owen, M., Owen, R.E., Ozcan, V.E., Ozturk, N., Pacalt, J., Pacey, H.A., Pachal, K., Pacheco Pages, A., Padilla Aranda, C., Pagan Griso, S., Paganini, M., Palacino, G., Palazzo, S., Palestini, S., Palka, M., Pallin, D., Panagoulias, I., Pandini, C.E., Panduro Vazquez, J.G., Pani, P., Panizzo, G., Paolozzi, L., Papageorgiou, K., Paramonov, A., Paredes Hernandez, D., Paredes Saenz, S.R., Parida, B., Park, T.H., Parker, A.J., Parker, M.A., Parodi, F., Parrish, E.W.P., Parsons, J.A., Parzefall, U., Pascual Dominguez, L., Pascuzzi, V.R., Pasner, J.M.P., Pasqualucci, E., Passaggio, S., Pastore, F., Pasuwan, P., Pataraia, S., Pater, J.R., Pathak, A., Pauly, T., Pearson, B., Pedersen, M., Pedraza Diaz, L., Pedro, R., Peleganchuk, S.V., Penc, O., Peng, C., Peng, H., Peralva, B.S., Perego, M.M., Pereira Peixoto, A.P., Perepelitsa, D.V., Peri, F., Perini, L., Pernegger, H., Perrella, S., Peshekhonov, V.D., Peters, K., Peters, R.F.Y., Petersen, B.A., Petersen, T.C., Petit, E., Petridis, A., Petridou, C., Petroff, P., Petrov, M., Petrucci, F., Pettee, M., Pettersson, N.E., Petukhova, K., Peyaud, A., Pezoa, R., Pham, T., Phillips, 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College/School:College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy
Journal Name:Journal of Instrumentation
Publisher:IOP Publishing
ISSN:1748-0221
ISSN (Online):1748-0221
Published Online:11 June 2019
Copyright Holders:Copyright © 2019 CERN for the benefit of the ATLAS collaboration
First Published:First published in Journal of Instrumentation 14(6): P06012
Publisher Policy:Reproduced under a Creative Commons License

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