KIP-Veröffentlichungen

Das Mu3e-Experiment möchte den Leptonenzahl-verletzenden Zerfall µ⁺→e⁺e⁺e^- untersuchen und dabei eine Empfindlichkeit von O(10¹⁶) erreichen. Hierfür wird ein Kacheldetektor bestehend aus Szintillationskacheln und Silizium-Photomultipliern (SiPMs) eingesetzt, der eine Zeitauflösung von weniger als 100 ps bei einer E"zienz von nahezu 100 % ermöglicht. Die Detektoren werden während des Experiments einer hohen Dosis geladener Teilchen ausgesetzt sein, was zu Strahlenschäden führt und die Detektorleistung beeinträchtigt. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob bestrahlte SiPMs weiterhin mit dem MuTRiG-ASIC ausgelesen werden können, wobei der Schwerpunkt auf der Kalibrierung der für die Erstellung des Zeittriggers verwendeten Diskriminatorschwelle lag. Ein vorgeschlagenes Modell zur Beschreibung des Ausheilvorgangs von Strahlenschäden in SiPMs wurde durch eine Strom-Spannungs-Untersuchung bestätigt, und jedem Sensor wurde eine e!ektive, ausgeheilte Dosis zugewiesen. Das Konzept einer e!ektiven Diskriminatorschwelle (TTh) wurde eingeführt und ein Algorithmus zur Bestimmung dieser wurde entwickelt. Anschließend wurde der Einfluss von Vorspannung, Temperatur und NIEL-Dosis auf den e!ektiven TTh untersucht. Es wurde eine lineare Beziehung zwischen Vorspannung und e!ektiver TTh aufgezeigt. Darüber hinaus wurde eine Proportionalität zwischen TTh und NIEL-Dosis entdeckt. Die Ergebnisse zeigen, dass der MuTRiG-Chip in der Lage sein wird, bestrahlte Kachelmatrizen auszulesen.

The Mu3e experiment wants to probe the highly suppressed charged lepton flavour violating decay µ⁺→e⁺e⁺e^- reaching a sensitivity of O(10¹⁶). The Tile Detector consists of scintillating tiles and Silicon Photomultipliers (SiPMs), which will enable a sub-100 ps timing resolution at an e"ciency close to 100 %. Moreover, all sub-detectors will be exposed to high fluences of charged particles during operation, resulting in radiation damage, which will a!ect detector performance. This thesis investigated whether irradiated SiPMs can still be read out with the MuTRiG ASIC, primarily focusing on calibrating the timing threshold used to create the timing trigger. A current-voltage study confirmed a proposed model governing the annealing progress, and each SiPM was assigned an e!ective dose after annealing. The concept of an e!ective T-threshold (TTh) was introduced, and an algorithm to determine it was developed. Subsequently, the influence of bias voltage, temperature, and NIEL dose on the e!ective TTh was analysed. A linear relationship between bias voltage and e!ective TTh was found. Furthermore, a proportionality between TTh and NIEL dose was discovered. The results demonstrate that the MuTRiG chip will be able to read out irradiated tile matrices.