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Evaluation of planar silicon pixel sensors with the RD53A readout chip for the Phase-2 Upgrade of the CMS Inner Tracker
Adam, W. ; Bergauer, T. ; Damanakis, K. ; Dragicevic, M. ; Frühwirth, R. ; Steininger, H. ; Beaumont, W. ; Darwish, M. R. ; Janssen, T. ; Sfar, H. R. ; Van Mechelen, P. ; Breugelmans, N. ; Delcourt, M. ; De Moor, A. ; D'Hondt, J. ; Heyen, F. ; Lowette, S. ; Makarenko, I. ; Muller, D. ; Sahasransu, A. R. ; Vannerom, D. ; Van Putte, S. ; Allard, Y. ; Clerbaux, B. ; Dansana, S. ; De Lentdecker, G. ; Evard, H. ; Favart, L. ; Hohov, D. ; Khalilzadeh, A. ; Lee, K. ; Mahdavikhorrami, M. ; Malara, A. ; Paredes, S. ; Postiau, N. ; Robert, F. ; Thomas, L. ; Vanden Bemden, M. ; Vanlaer, P. ; Yang, Y. ; Benecke, A. ; Bruno, G. ; Bury, F. ; Caputo, C. ; De Favereau, J. ; Delaere, C. ; Donertas, I. S. ; Giammanco, A. ; Jaffel, K. ; Jain, S. ; Lemaitre, V. ; Mondal, K. ; Szilasi, N. ; Tran, T. T. ; Wertz, S. ; Brigljević, V. ; Chitroda, B. ; Ferenček, D. ; Mishra, S. ; Starodumov, A. ; Šuša, T. ; Brücken, E. ; Lampén, T. ; Martikainen, L. ; Tuominen, E. ; Karadzhinova-Ferrer, A. ; Luukka, P. ; Petrow, H. ; Tuuva, T. ; Agram, J.-L. ; Andrea, J. ; Apparu, D. ; Bloch, D. ; Bonnin, C. ; Brom, J.-M. ; Chabert, E. ; Charles, L. ; Collard, C. ; Dangelser, E. ; Falke, S. ; Goerlach, U. ; Gross, L. ; Haas, C. ; Krauth, M. ; Ollivier-Henry, N. ; Baulieu, G. ; Bonnevaux, A. ; Boudoul, G. ; Caponetto, L. ; Chanon, N. ; Contardo, D. ; Dupasquier, T. ; Galbit, G. ; Marchisone, M. ; Mirabito, L. ; Nodari, B. ; Schibler, E. ; Schirra, F. ; Vander Donckt, M. ; Viret, S. ; Botta, V.Extern* ; Ebisch, C. ; Feld, L. ; Karpinski, W. ; Klein, K. ; Lipinski, M. ; Louis, D. ; Meuser, D. ; Özen, I. ; Pauls, A. ; Pierschel, G. ; Röwert, N. ; Teroerde, M. ; Wlochal, M. ; Dziwok, C. ; Fluegge, G. ; Pooth, O. ; Stahl, A. ; Ziemons, T. ; Agah, A.DESY* ; Bhattacharya, S.Extern*DESY* ; Blekman, F.Extern*DESY* ; Campbell, A.DESY* ; Cardini, A.DESY* ; Cheng, C.Extern* ; Consuegra Rodriguez, S.Extern*RWTH* ; Eckerlin, G.DESY* ; Eckstein, D.DESY* ; Gallo-Voss, E.DESY* ; Guthoff, M.DESY* ; Kleinwort, C.DESY* ; Mankel, R.DESY* ; Maser, H.DESY* ; Muhl, C.Extern* ; Mussgiller, A.DESY* ; Nürnberg, A.DESY* ; Otarid, Y.Extern* ; Perez Adan, D.Extern* ; Petersen, H.DESY* ; Pitzl, D.DESY* ; Rastorguev, D.DESY* ; Reichelt, O.DESY* ; Schütze, P.DESY* ; Nair, L. P.DESY* ; Stever, R.Extern* ; Velyka, A.DESY* ; Ventura Barroso, A.Extern* ; Walsh, R.DESY* ; Zuber, A.DESY* ; Albrecht, A. ; Antonello, M. ; Biskop, H. ; Buhmann, P. ; Connor, P.Extern* ; Feindt, F. ; Garutti, E. ; Hajheidari, M. ; Haller, J. ; Hinzmann, A.DESY* ; Jabusch, H. ; Kasieczka, G. ; Klanner, R. ; Kutzner, V. ; Lange, J. ; Martens, S. ; Mrowietz, M. ; Nissan, Y. ; Pena, K. ; Raciti, B. ; Schleper, P. ; Schwandt, J. ; Steinbrück, G. ; Tews, A. ; Wellhausen, J. ; Ardila, L. ; Balzer, M. ; Barvich, T. ; Berger, B. ; Butz, E. ; Caselle, M. ; Dierlamm, A. ; Elicabuk, U. ; Fuchs, M. ; Hartmann, F. ; Husemann, U. ; Kösker, G. ; Koppenhöfer, R. ; Maier, S. ; Mallows, S. ; Mehner, T. ; Muller, T. ; Neufeld, M. ; Sander, O. ; Shvetsov, I. ; Simonis, H. J. ; Steck, P. ; Stockmeier, L. ; Topko, B. ; Wittig, F. ; Anagnostou, G. ; Assiouras, P. ; Daskalakis, G. ; Kazas, I. ; Kyriakis, A. ; Loukas, D. ; Balázs, T. ; Bartók, M. ; Márton, K. ; Siklér, F. ; Veszprémi, V. ; Bahinipati, S. ; Das, A. K. ; Mal, P. ; Nayak, A. ; Pattanaik, D. K. ; Saha, P. ; Swain, S. K. ; Bhardwaj, A. ; Jain, C. ; Kumar, A. ; Kumar, T. ; Ranjan, K. ; Saumya, S. ; Baradia, S. ; Dutta, S. ; Palit, P. ; Saha, G. ; Sarkar, S. ; Alibordi, M. ; Behera, P. K. ; Behera, S. C. ; Chatterjee, S.DESY* ; Dash, G. ; Jana, P. ; Kalbhor, P. ; Libby, J. ; Mohammad, M. ; Pradhan, R. ; Pujahari, P. R. ; Saha, N. R. ; Samadhan, K. ; Sharma, A. ; Sikdar, A. K. ; Singh, R. ; Verma, S. ; Vijay, A. ; Cariola, P. ; Creanza, D. ; de Palma, M. ; De Robertis, G. ; Di Florio, A. ; Fiore, L. ; Loddo, F. ; Margjeka, I. ; Mongelli, M. ; My, S. ; Silvestris, L. ; Albergo, S. ; Costa, S. ; Di Mattia, A. ; Potenza, R. ; Tricomi, A. ; Tuve, C. ; Barbagli, G. ; Bardelli, G. ; Brianzi, M. ; Camaiani, B. ; Cassese, A. ; Ceccarelli, R. ; Ciaranfi, R. ; Ciulli, V. ; Civinini, C. ; D'Alessandro, R. ; Focardi, E. ; Kello, T. ; Latino, G. ; Lenzi, P. ; Lizzo, M. ; Meschini, M. ; Paoletti, S. ; Papanastassiou, A. ; Sguazzoni, G. ; Viliani, L. ; Cerchi, S. ; Ferro, F. ; Minutoli, S. ; Robutti, E. ; Brivio, F. ; Dinardo, M. E. ; Dini, P. ; Gennai, S. ; Guzzi, L. ; Malvezzi, S. ; Menasce, D. ; Moroni, L. ; Pedrini, D. ; Zuolo, D. ; Azzi, P. ; Bacchetta, N. ; Bortignon, P. ; Bisello, D. ; Dorigo, T. ; Lusiani, E. ; Tosi, M. ; Gaioni, L. ; Manghisoni, M. ; Ratti, L. ; Re, V. ; Riceputi, E. ; Traversi, G. ; Asenov, P. ; Baldinelli, G. ; Bianchi, F. ; Bilei, G. M. ; Bizzaglia, S. ; Caprai, M. ; Checcucci, B. ; Ciangottini, D. ; Di Chiaro, A. ; Fanò, L. ; Farnesini, L. ; Ionica, M. ; Magherini, M. ; Mantovani, G. ; Mariani, V. ; Menichelli, M. ; Morozzi, A. ; Moscatelli, F. ; Passeri, D. ; Piccinelli, A. ; Placidi, P. ; Rossi, A. ; Santocchia, A. ; Spiga, D. ; Storchi, L. ; Tedeschi, T. ; Turrioni, C. ; Azzurri, P. ; Bagliesi, G. ; Basti, A. ; Battacharya, R. ; Beccherle, R. ; Benvenuti, D. ; Bianchini, L. ; Boccali, T. ; Bosi, F. ; Bruschini, D. ; Castaldi, R. ; Ciocci, M. A. ; D'Amante, V. ; Dell'Orso, R. ; Donato, S. ; Giassi, A. ; Ligabue, F. ; Magazzù, G. ; Massa, M. ; Mazzoni, E. ; Messineo, A. ; Moggi, A. ; Musich, M. ; Palla, F. ; Parolia, S. ; Prosperi, P. ; Raffaelli, F. ; Sanchez, G. R. ; Rizzi, A. ; Chowdhury, S. R. ; Sarkar, T. ; Spagnolo, P. ; Tenchini, R. ; Tonelli, G. ; Venturi, A. ; Verdini, P. G. ; Bartosik, N. ; Bellan, R. ; Coli, S. ; Costa, M. ; Covarelli, R. ; Dellacasa, G. ; Demaria, N. ; Garbolino, S. ; Botta, S. G. ; Grippo, M. ; Luongo, F. ; Mecca, A. ; Migliore, E. ; Ortona, G. ; Pacher, L. ; Rotondo, F. ; Solano, A. ; Tarricone, C. ; Vagnerini, A. ; Ahmad, A. ; Asghar, M. I. ; Awais, A. ; Awan, M. I. M. ; Saleh, M. ; Calderón, A. ; Duarte Campderros, J. ; Fernandez, M. ; Gomez, G. ; Sanchez, F. J. G. ; Jaramillo Echeverria, R. ; Lasaosa, C. ; Moya, D. ; Piedra, J. ; Jimeno, A. R. ; Scodellaro, L. ; Vila, I. ; Virto, A. L. ; Garcia, J. M. V. ; Abbaneo, D. ; Abbas, M. ; Ahmed, I. ; Albert, E. ; Allongue, B. ; Almeida, J. ; Barinoff, M. ; Lopes, J. B. ; Bergamin, G. ; Blanchot, G. ; Boyer, F. ; Caratelli, A. ; Carnesecchi, R. ; Ceresa, D. ; Christiansen, J. ; Daguin, J. ; Diamantis, A. ; Dudek, M. ; Faccio, F. ; Frank, N. ; French, T. ; Golyzniak, D. ; Kaplon, J. ; Kloukinas, K. ; Koss, N. ; Kottelat, L. ; Kovacs, M. ; Lalic, J. ; La Rosa, A. ; Lenoir, P. ; Loos, R. ; Marchioro, A. ; Mastronikolis, A. ; Dominguez, I. M. ; Perez, A. ; Perez Gomez, F. ; Pernot, J.-F. ; Petagna, P. ; Piazza, Q. ; Robin, G. ; Scarfì, S. ; Bertl, W. ; Bevilacqua, T. ; Caminada, L. ; Ebrahimi, A. ; Erdmann, W. ; Horisberger, R. ; Kaestli, H.-C. ; Kotlinski, D. ; Lange, C. ; Langenegger, U. ; Meier, B. ; Missiroli, M. ; Noehte, L. ; Rohe, T. ; Streuli, S. ; Androsov, K. ; Backhaus, M. ; Becker, R. ; Bonomelli, G. ; di Calafiori, D. ; Calandri, A. ; de Cosa, A. ; Donega, M. ; Eble, F. ; Glessgen, F. ; Grab, C. ; Harte, T. ; Hits, D. ; Lustermann, W. ; Niedziela, J.DESY* ; Perovic, V. ; Reichmann, M. ; Ristic, B. ; Roeser, U. ; Ruini, D. ; Seidita, R. ; Sörensen, J. ; Wallny, R. ; Bärtschi, P. ; Bösiger, K. ; Canelli, F. ; Cormier, K. ; De Wit, A. ; Huwiler, M. ; Jin, W. ; Jofrehei, A. ; Kilminster, B. ; Leontsinis, S. ; Liechti, S. P. ; Macchiolo, A. ; Maier, R. ; Molinatti, U. ; Neutelings, I. ; Reimers, A. ; Robmann, P. ; Sanchez Cruz, S. ; Takahashi, Y. ; Wolf, D. ; Chen, P.-H. ; Hou, W.-S. ; Lu, R.-S. ; Clement, E. ; Cussans, D. ; Goldstein, J. ; Nasr-Storey, S. S. E. ; Stylianou, N. ; Pass, K. W. ; Harder, K. ; Holmberg, M.-L. ; Manolopoulos, K. ; Schuh, T. ; Tomalin, I. R. ; Bainbridge, R. ; Brown, C. ; Fedi, G. ; Hall, G. ; Monk, D. ; Parker, D. ; Pesaresi, M. ; Uchida, K. ; Coldham, K. ; Cole, J. ; Ghorbani, M. ; Khan, A. ; Kyberd, P. ; Reid, I. D. ; Bartek, R. ; Dominguez, A. ; Escamilla, C. H. ; Uniyal, R. ; Hernandez, A. M. V. ; Benelli, G. ; Coubez, X. ; Heintz, U. ; Hinton, N. ; Hogan, J. ; Honma, A. ; Korotkov, A. ; Li, D. ; Luo, J. ; Narain, M. ; Pervan, N. ; Russell, T. ; Sagir, S. ; Simpson, F. ; Spencer, E. ; Tiley, C. ; Wagenknecht, P. ; Cannaert, E. ; Chertok, M. ; Conway, J. ; Hemer, D. ; Jensen, F. ; Thomson, J. ; Wei, W. ; Welton, T. ; Zhang, F. ; Hanson, G. ; Cooperstein, S. B. ; Gerosa, R. ; Giannini, L. ; Gu, Y. ; Krutelyov, S. ; Sathia, B. N. ; Sharma, V. ; Tadel, M. ; Vourliotis, E. ; Yagil, A. ; Incandela, J. ; Kyre, S. ; Masterson, P. ; Cumalat, J. P. ; Ford, W. T. ; Hassani, A. ; Herrmann, M. ; Karathanasis, G. ; Marini, F. ; Savard, C. ; Schonbeck, N. ; Stenson, K. ; Ulmer, K. A. ; Wagner, S. R. ; Zipper, N. ; Alexander, J. ; Bright-Thonney, S. ; Chen, X. ; Cranshaw, D. ; Duquette, A. ; Fan, J. ; Fan, X. ; Filenius, A. ; Gadkari, D. ; Grassi, J. ; Hogan, S. ; Kotamnives, P. ; Lantz, S. ; Monroy, J. ; Niendorf, G. ; Postema, H. ; Reichert, J. ; Reid, M. ; Riley, D. ; Ryd, A. ; Smolenski, K. ; Strohman, C. ; Thom, J. ; Wittich, P. ; Zou, R. ; Bakshi, A. ; Berry, D. R. ; Burkett, K. ; Butler, D. ; Canepa, A. ; Derylo, G. ; Dickinson, J. ; Ghosh, A. ; Gonzalez, H. ; Grünendahl, S. ; Horyn, L. ; Johnson, M. ; Klabbers, P. ; Lei, C. M. ; Lipton, R. ; Los, S. ; Merkel, P. ; Nahn, S. ; Ravera, F. ; Ristori, L. ; Rivera, R. ; Spiegel, L. ; Uplegger, L. ; Voirin, E. ; Zoi, I. ; Bower, S. ; Habibullah, R. ; Wulansatiti, M. ; Yohay, R. ; Dittmer, S. ; Escobar Franco, R. ; Evdokimov, A. ; Evdokimov, O. ; Gerber, C. E. ; Hawksworth, M. ; Hofman, D. J. ; Mills, C. ; Ozek, B. ; Roy, T. ; Rudrabhatla, S. ; Yoo, J. ; Alhusseini, M. ; Blend, D. ; Bruner, T. ; Haag, M. ; Nachtman, J. ; Onel, Y. ; Snyder, C. ; Yi, K. ; Davis, J. ; Gritsan, A. V. ; Kang, L. ; Kyriacou, S. ; Maksimovic, P. ; Roguljic, M. ; Sekhar, S. ; Swartz, M. ; Vami, T. ; Anguiano, J. ; Bean, A. ; Grove, D. ; Salvatico, R. ; Smith, C. ; Wilson, G. ; Ivanov, A. ; Kalogeropoulos, A. ; Reddy, G. ; Taylor, R. ; Bloom, K. ; Claes, D. R. ; Fangmeier, C. ; Golf, F. ; Haza, G. ; Joo, C. ; Kravchenko, I. ; Siado, J. ; Iashvili, I. ; Kharchilava, A. ; Nguyen, D. ; Pekkanen, J. ; Rappoccio, S. ; Akpinar, A. ; Demiragli, Z. ; Gastler, D. ; Gkountoumis, P. ; Hazen, E. ; Peck, A. ; Rohlf, J. ; Li, J. ; Parker, A. ; Skinnari, L. ; Hahn, K. ; Liu, Y. ; Noorudhin, S. ; Basnet, A. ; Hill, C. S. ; Joyce, M. ; Wei, K. ; Winer, B. ; Yates, B. ; Malik, S. ; Chawla, R. ; Das, S. ; Jones, M. ; Jung, A. ; Koshy, A. ; Liu, M. ; Negro, G. ; Thieman, J. ; Dolen, J. ; Parashar, N. ; Pathak, A. ; Ecklund, K. M. ; Freed, S. ; Kumar, A. ; Nussbaum, T. ; Demina, R. ; Dulemba, J. ; Hindrichs, O. ; Gershtein, Y. ; Halkiadakis, E. ; Hart, A. ; Kurup, C. ; Lath, A. ; Nash, K. ; Osherson, M. ; Schnetzer, S. ; Stone, R. ; Ally, D. ; Fiorendi, S. ; Harris, J. ; Holmes, T. ; Lee, L. ; Nibigira, E. ; Spanier, S. ; Eusebi, R. ; D'Angelo, P. ; Johns, W. ; CMS Collaboration (Collaboration author)DESY*
2023
Inst. of Physics
London
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Please use a persistent id in citations: doi:10.1088/1748-0221/18/11/P11015 doi:10.3204/PUBDB-2025-00768
Report No.: CERN-CMS-NOTE-2023-005; arXiv:2307.01580
Abstract: The Large Hadron Collider at CERN will undergo an upgrade inorder to increase its luminosity to7.5 × 10$^{34}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$. The increased luminosityduring this High-Luminosity running phase, starting around 2029,means a higher rate of proton-proton interactions, hence a largerionizing dose and particle fluence for the detectors. The currenttracking system of the CMS experiment will be fully replaced inorder to cope with the new operating conditions. Prototype planarpixel sensors for the CMS Inner Tracker with square50 μm × 50 μm and rectangular100 μm × 25 μm pixels read out by theRD53A chip were characterized in the lab and at the DESY-II testbeamfacility in order to identify designs that meet the requirements ofCMS during the High-Luminosity running phase. A spatial resolutionof approximately 3.4 μm (2 μm) is obtained using themodules with 50 μm × 50 μm(100 μm × 25 μm) pixels at the optimalangle of incidence before irradiation. After irradiation to a 1 MeVneutron equivalent fluence ofΦ$_{eq}$ = 5.3 × 10$^{15}$ cm$^{-2}$, a resolution of9.4 μm is achieved at a bias voltage of 800 V using a modulewith 50 μm × 50 μm pixel size. All modulesretain a hit efficiency in excess of 99% after irradiation tofluences up to 2.1 × 10$^{16}$ cm$^{-2}$. Further studies ofthe electrical properties of the modules, especially crosstalk, arealso presented in this paper.
Keyword(s): semiconductor detector: pixel ; pixel: size ; CMS ; irradiation ; tracking detector: upgrade ; efficiency ; spatial resolution ; radiation: damage ; Particle tracking detectors (Solid-state detectors) ; Radiation-hard detectors ; Si microstrip and pad detectors ; Large detector systems for particle and astroparticle physics
Contributing Institute(s):
- LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
- 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
- AIDA-2020 - Advanced European Infrastructures for Detectors at Accelerators (654168) (654168)
- PSI-FELLOW-III-3i - International, Interdisciplinary & Intersectoral Postdoctoral Fellowships at the Paul Scherrer Institut (884104) (884104)
Experiment(s):
- LHC: CMS
Database coverage:
;
;
; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; Essential Science Indicators ; IF < 5 ; JCR ; National-Konsortium ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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