用于顶点探测器的低物质量、高空间分辨率硅像素探测器模型的性能研究

The vertex detector with low material budget and high spatial　resolution is required in the future high energy physics experiments, such as the Circular Electron and Positron Collider and the International Linear Collider. Since the　traditional single-sided silicon pixel ladder can not meet the requirement of　the measurement accuracy, the key construction technologies and test methods for the high performance vertex detector based on double-sided silicon pixel ladder will　be studied in this project.　We will study the design and the assembly of the double-sided ladder to reduce the material budget, improve the measurement accuracy and ensure　its high rigidity at the same time. Improve the location accuracy of the sensors on the ladder and the integration technology of the detector, and complete the construction of a detector prototype with 3-4 double-sided ladders and the development of the high speed readout electronics system. The beam test of the prototype will be performed. The chip alignment, the hit position reconstruction and tracking algorithm　will be developed and optimized to improve the performance of the prototype, and make it achieve the expected　goals of the spatial　resolution better than 5µm and the material budget less than 0.3% X0 /layer. These studies will solve some key issues, gain experience in the development techniques and test methods for the high performance vertex detector with low material budget and high spatial　resolution , and promote the domestic research on this kind of detector.

鉴于未来高能物理实验如环形正负电子对撞机（CEPC）和国际直线对撞机（ILC）对低物质量、高空间分辨率顶点探测器的需求，本项目针对顶点探测器传统的单面型硅像素探测模块设计难以满足测量精度要求的问题，研究基于双面型硅像素探测模块的顶点探测器的关键研制技术及测试方法。探索双面型结构探测模块的设计、制作方法，在确保其刚度的情况下，减小物质量，提高其测量精度；研究芯片在模块上的精确定位方法及探测器的集成技术，完成探测器模型的建造及高速读出电子学系统的研发；通过束流实验，研究芯片击中位置的重建算法、寻迹以及芯片的校准方法，提高探测器的性能，实现探测器模型的物质量小于0.3%X0/层，空间分辨好于5µm。本项目的研究为低物质量、高空间分辨率的高性能顶点探测器的研制及测试分析方法积累经验，将积极推动顶点探测器在国内的研究和发展。

鉴于未来高能物理实验如环形正负电子对撞机（CEPC）和国际直线对撞机（ILC）对低物质量、高空间分辨率顶点探测器的需求，本项目针对传统的硅像素探测模块设计难以满足顶点探测器测量精度要求的问题，研究基于低物质量、高空间分辨率探测模块的顶点探测器的关键研制技术及测试方法。研制了芯片探针台测试系统，完成了芯片的测试和挑选。完成了低物质量探测模块的结构设计和探测模块高精度组装所需的完整的一套工装卡具的研制，并开发了探测模块研制的工艺流程。以此为基础，完成了低物质量、高空间分辨率的硅像素探测模块的研制。研发了探测器高速读出电子学系统和数据获取系统，实现了探测器模型系统芯片的连续读出，并通过触发标记实现各探测模块的事例对齐。对探测器模型系统进行了模拟研究，并用放射源和电子束流对其进行了测试，开发了芯片击中位置的重建算法、芯片的位置校准和寻迹算法软件包，对探测模块的性能进行了分析研究。结果表明单层探测模块的物质量达到0.35%X0/层，双面型探测模块的物质量达到0.29%X0/层，空间分辨率好于5µm。本项目的研究涵盖了芯片测试、探测器模块和模型的研制和测试分析等完整的系统性工作，为低物质量、高空间分辨率的高性能顶点探测器的研制及测试分析方法积累了经验，将积极推动硅像素探测器在国内的发展和应用，并为后续高能物理实验中自主研发顶点探测器奠定基础。