Kurzfassung

Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN (Genf, CH) wird 2006 als weltweit größter Beschleuniger in Betrieb gehen. Eines seiner vier Detektor-Experimente ist das Compact Muon Solenoid (CMS), bestehend aus einem großen Silizium-Spurendetektor sowie elektromagnetischen und hadronischen Kalorimetern, die in einem axialen Magnetfeld von $4\,\rm T$ eingeschlossen sind, und einem außenliegenden Myon-Detektor. Der Silizium-Streifendetektor hat eine sensitive Fläche von $206\,\rm m^2$ mit 10 Millionen Kanälen, die mit der Beschleuniger-Frequenz von $40\,\rm MHz$ ausgelesen werden. Die Bestandteile des CMS-Spurendetektors sind Silizium-Sensoren, APV-Verstärker-Chips und weitere ASICs im Bereich der Detektoren, analoge und digitale optische Übertragungsstrecken sowie Datenprozessoren und Steuereinheiten im Kontrollraum. Strahlungsfestigkeit, Auslesegeschwindigkeit und das enorme Datenvolumen stellen große Herausforderungen an die Elektronik.

Ich habe die Ladungssammlung in Siliziumdetektoren modelliert, die zusammen mit den Grundlagen von Ausleseverstärkern hinsichtlich der Rahmenbedingungen im LHC diskutiert wird. Dies beinhaltet unter anderem die Deconvolution-Methode der schnellen Pulsformung, den Einfluß des elektronisches Rauschens und strahlungsinduzierte Effekte.

Weiters habe ich ausführliche Messungen an Prototyp-Komponenten des CMS-Spurendetektors und insbesondere an verschiedenen Versionen des APV-Chips durchgeführt. Ich habe am Zusammenbau mehrerer Silizium-Detektormodule mitgewirkt, diese in einem Teilchenstrahl getestet und die Auswirkungen von intensiver Strahlung auf den APV-Chip und auf Silizium-Detektoren quantifiziert. Weiters habe ich einen Prototyp der analogen optischen Übertragungsstrecke evaluiert sowie die analogen Eigenschaften der für den Kontrollraum vorgesehenen Digitalisierungseinheit gemessen.

Die Ergebnisse sind sehr überzeugend, bestätigen das Konzept des CMS-Silizium-Streifendetektors und motivieren den Übergang zur Konstruktionsphase.

Stichworte: Siliziumdetektor, Streifendetektor, Spurendetektor, Ladungssammlung, Auslese, Elektronik, Verstärker, Strahlungsschäden, APV, Optoelektronik, LHC, CMS, CERN