Test Beam Performance Measurements for the Phase I Upgrade of the CMS Pixel Detector

M. Dragicevic , M. Friedl , J. Hrubec , H. Steininger , A. Gädda , J. Härkönen , T. Lampén , P. Luukka , T. Peltola , E. Tuominen , E. Tuovinen , A. Winkler , P. Eerola , T. Tuuva , G. Baulieu (1) , G. Boudoul (1) , L. Caponetto (1) , C. Combaret (1) , D. Contardo (1) , T. Dupasquier (1) , G. Gallbit (1) , N. Lumb (1) , L. Mirabito (1) , S. Perries (1) , M.Vander Donckt (1) , S. Viret (1) , C. Bonnin (2) , L. Charles (2) , L. Gross (2) , J. Hosselet (2) , D. Tromson (2) , L. Feld , W. Karpinski , K. Klein , M. Lipinski , G. Pierschel , M. Preuten , M. Rauch , M. Wlochal , M. Aldaya , C. Asawatangtrakuldee , K. Beernaert , D. Bertsche , C. Contreras-Campana , G. Eckerlin , D. Eckstein , T. Eichhorn , E. Gallo , J.Garay Garcia , K. Hansen , M. Haranko , A. Harb , J. Hauk , J. Keaveney , A. Kalogeropoulos , C. Kleinwort , W. Lohmann , R. Mankel , H. Maser , G. Mittag , C. Muhl , A. Mussgiller , D. Pitzl , O. Reichelt , M. Savitskyi , P. Schütze , V. Sola , S. Spannagel , R. Walsh , A. Zuber , H. Biskop , P. Buhmann , M. Centis-Vignali , E. Garutti , J. Haller , M. Hoffmann , R. Klanner , T. Lapsien , M. Matysek , A. Perieanu , Ch. Scharf , P. Schleper , A. Schmidt , J. Schwandt , J. Sonneveld , G. Steinbrück , B. Vormwald , J. Wellhausen , M. Abbas (3) , C. Amstutz , T. Barvich , Ch. Barth , F. Boegelspacher , W.De Boer , E. Butz , M. Casele , F. Colombo , A. Dierlamm , B. Freund , F. Hartmann , S. Heindl , U. Husemann , A. Kornmeyer , S. Kudella , Th. Muller , H.J. Simonis , P. Steck , M. Weber , Th. Weiler , T. Kiss , F. Siklér , T. Tölyhi , V. Veszprémi , P. Cariola , D. Creanza , M.De Palma , G.De Robertis , L. Fiore , M. Franco , F. Loddo , G. Sala , L. Silvestris , G. Maggi , S. My , G. Selvaggi , S. Albergo , G. Cappello , S. Costa , A.Di Mattia , F. Giordano , R. Potenza , M.A. Saizu , A. Tricomi , C. Tuve , E. Focardi , M.E. Dinardo , S. Fiorendi , S. Gennai , S. Malvezzi , R.A. Manzoni , D. Menasce , L. Moroni , D. Pedrini , P. Azzi , N. Bacchetta , D. Bisello , M. Dall'Osso , N. Pozzobon , M. Tosi , L.Alunni Solestizi , M. Biasini , G.M. Bilei , C. Cecchi , B. Checcucci , D. Ciangottini , L. Fanò , C. Gentsos , M. Ionica , R. Leonardi , E. Manoni , G. Mantovani , S. Marconi , V. Mariani , M. Menichelli , A. Modak , A. Morozzi , F. Moscatelli , D. Passeri , P. Placidi , V. Postolache , A. Rossi , A. Saha , A. Santocchia , L. Storchi , D. Spiga , K. Androsov , P. Azzurri , G. Bagliesi , A. Basti , T. Boccali , L. Borrello , F. Bosi , R. Castaldi , M. Ceccanti , M.A. Ciocci , R. Dell'Orso , S. Donato , G. Fedi , A. Giassi , M.T. Grippo , F. Ligabue , G. Magazzu , P. Mammini , F. Mariani , E. Mazzoni , A. Messineo , A. Moggi , F. Morsani , F. Palla , F. Palmonari , A. Profeti , F. Raffaelli , A. Ragonesi , A. Rizzi , A. Soldani , P. Spagnolo , R. Tenchini , G. Tonelli , A. Venturi , P.G. Verdini , D. Abbaneo , I. Ahmed , E. Albert , G. Berruti , J. Bonnaud , J. Daguin , A. d'Auria , S. Detraz , O. Dondelewski , B. Engegaard , F. Faccio , N. Frank , K. Gill , A. Honma , A. Kornmayer , A. Labaza , F. Manolescu , I. Mcgill , S. Mersi , S. Michelis , A. Onnela , M. Ostrega , S. Pavis , A. Peisert , J.F. Pernot , P. Petagna , H. Postema , K. Rapacz , C. Sigaud , P. Tropea , J. Troska , A. Tsirou , F. Vasey , B. Verlaat , P. Vichoudis , L. Zwalinski , F. Bachmair , R. Becker , D. Di Calafiori , B. Casal , P. Berger , L. Djambazov , M. Donega , C. Grab , D. Hits , J. Hoss , G. Kasieczka , W. Lustermann , B. Mangano , M. Marionneau , P.Martinez Ruiz Del Arbol , M. Masciovecchio , M. Meinhard , L. Perozzi , U. Roeser , A. Starodumov , V. Tavolaro , R. Wallny , D. Zhu , C. Amsler , K. Bösiger , L. Caminada , F. Canelli , V. Chiochia , A. de Cosa , C. Galloni , T. Hreus , B. Kilminster , C. Lange , R. Maier , J. Ngadiuba , D. Pinna , P. Robmann , S. Taroni , Y. Yang , W. Bertl , K. Deiters , W. Erdmann , R. Horisberger , H.C. Kaestli , D. Kotlinski , U. Langenegger , B. Meier , T. Rohe , S. Streuli , P.H. Chen , C. Dietz , F. Fiori , U. Grundler , W.S. Hou , R.S. Lu , M. Moya , J.F. Tsai , Y.M. Tzeng , D. Cussans , J. Goldstein , M. Grimes , D. Newbold , P. Hobson , I.D. Reid , G. Auzinger , R. Bainbridge , P. Dauncey , G. Hall , T. James , A.M. Magnan , M. Pesaresi , D.M. Raymond , K. Uchida , T. Durkin , K. Harder , C. Shepherd-Themistocleous , M. Chertok , J. Conway , R. Conway , C. Flores , R. Lander , D. Pellett , F. Ricci-Tam , M. Squires , J. Thomson , R. Yohay , K. Burt , J. Ellison , G. Hanson , M. Olmedo , W. Si , B.R. Yates , A. Dominguez , R. Bartek , B. Bentele , J.P. Cumalat , W.T. Ford , F. Jensen , A. Johnson , M. Krohn , S. Leontsinis , T. Mulholland , K. Stenson , S.R. Wagner , A. Apresyan , G. Bolla , K. Burkett , J.N. Butler , A. Canepa , H.W.K. Cheung , D. Christian , W.E. Cooper , G. Deptuch , G. Derylo , C. Gingu , S. Grünendahl , S. Hasegawa , J. Hoff , J. Howell , M. Hrycyk , S. Jindariani , M. Johnson , F. Kahlid , S. Kwan , C.M. Lei , R. Lipton , R.Lopes De Sá , T. Liu , S. Los , M. Matulik , P. Merkel , S. Nahn , A. Prosser , R. Rivera , B. Schneider , G. Sellberg , A. Shenai , K. Siehl , L. Spiegel , N. Tran , L. Uplegger , E. Voirin , D.R. Berry , X. Chen , L. Ennesser , A. Evdokimov , C.E. Gerber , S. Makauda , C. Mills , I.D.Sandoval Gonzalez , J. Alimena , L.J. Antonelli , B. Francis , A. Hart , C.S. Hill , N. Parashar , J. Stupak , D. Bortoletto , M. Bubna , N. Hinton , M. Jones , D.H. Miller , X. Shi , P. Baringer , A. Bean , S. Khalil , A. Kropivnitskaya , D. Majumder , E. Schmitz , G. Wilson , A. Ivanov , R. Mendis , T. Mitchell , N. Skhirtladze , R. Taylor , I. Anderson , D. Fehling , A. Gritsan , P. Maksimovic , C. Martin , M. Swartz , M. Xiao , J.G. Acosta , L.M. Cremaldi , S. Oliveros , L. Perera , D. Summers , K. Bloom , D.R. Claes , C. Fangmeier , R.Gonzalez Suarez , J. Monroy , J. Siado , E. Bartz , Y. Gershtein , E. Halkiadakis , S. Kyriacou , A. Lath , K. Nash , M. Osherson , S. Schnetzer , R. Stone , M. Walker , S. Malik , S. Norberg , J.E.Ramirez Vargas , M. Alyari , J. Dolen , A. Godshalk , C. Harrington , I. Iashvili , A. Kharchilava , D. Nguyen , A. Parker , S. Rappoccio , B. Roozbahani , J. Alexander , J. Chaves , J. Chu , S. Dittmer , K. Mcdermott , N. Mirman , A. Rinkevicius , A. Ryd , E. Salvati , L. Skinnari , L. Soffi , Z. Tao , J. Thom , J. Tucker , M. Zientek , B. Akgün , K.M. Ecklund , M. Kilpatrick , T. Nussbaum , J. Zabel , P. d'Angelo , W. Johns , K. Rose

1 IPNL - Institut de Physique Nucléaire de Lyon
2 IPHC - Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien
3 EKP - Institut für Experimentelle Kernphysik [Karlsruhe]

A new pixel detector for the CMS experiment was built in order to cope with the instantaneous luminosities anticipated for the Phase I Upgrade of the LHC . The new CMS pixel detector provides four-hit tracking with a reduced material budget as well as new cooling and powering schemes. A new front-end readout chip mitigates buffering and bandwidth limitations, and allows operation at low comparator thresholds. In this paper, comprehensive test beam studies are presented, which have been conducted to verify the design and to quantify the performance of the new detector assemblies in terms of tracking efficiency and spatial resolution. Under optimal conditions, the tracking efficiency is 99.95 ± 0.05%, while the intrinsic spatial resolutions are 4.80 ± 0.25 μm and 7.99 ± 0.21 μm along the 100 μm and 150 μm pixel pitch, respectively. The findings are compared to a detailed Monte Carlo simulation of the pixel detector and good agreement is found.

Mots clés: semiconductor detector: pixel; CMS; upgrade; numerical calculations: Monte Carlo; spatial resolution; performance; efficiency; integrated circuit; electronics: readout; irradiation

Domaines: Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]; Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]

M. Dragicevic, M. Friedl, J. Hrubec, H. Steininger, A. Gädda, et al.. Test Beam Performance Measurements for the Phase I Upgrade of the CMS Pixel Detector. JINST, 2017, 12 (05), pp.P05022. ⟨10.1088/1748-0221/12/05/P05022⟩. ⟨hal-01582758⟩