Mit einer Gesamt-Siliziumfläche von mehr als 200 m² ist der Silizium-Spurdetektor des CMS-Experiments am LHC Beschleuniger der größte Spurdetektor dieser Art, der je gebaut wurde. Die mehr als 15000 Einzelmodule müssen sehr hohen Anforderungen in Hinblick auf ihr Rauschverhalten, das elektronische Übersprechen, sowie die genaue Kenntnis ihrer Position innerhalb des Spurdetektors erfüllen. Über die vorraussichtliche Betriebszeit werden die Module außerdem hohen Strahlungsdosen ausgesetzt sein, welche diverse Eigenschaften der Module verändern werden. Diverse der oben genannten Aspekte sind Gegestand dieser Arbeit.
Zunächst werden Ergebnisse von Teststrahl-Messungen an Einzel-Modulen des Spurdetektors gezeigt. Die Module wurden unterschiedlichen Strahlungsdosen ausgesetzt, bis hin zur zu erwartenden Gesamtdosis während der Betriebsdauer des Spurdetektors für diese Module. An diesen bestrahlten Modulen wird das Langzeit-Verhalten der Module untersucht. Es wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis, das elektronische Übersprechen und das Ladungssammel-Verhalten untersucht. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis liegt oberhalb der Spezifikationen und zeigt das erwartete Verhalten bei Variation der Betriebsparameter. Das Übersprechen ändert sich kaum mit zunehmender Bestrahlung. Die Ortsauflösung wird untersucht als Funktion der Strahlenergie, des Einschusswinkels und der Position auf dem Sensor. Der Einfluss der Bestrahlung auf die Ortsauflösung ist gering. Desweiteren werden verschiedene Cluster-Algorithmen untersucht und die bestmögliche Ortsauflösung unter verschiedenen Bedingungen ermittelt. Eine Verbesserung der Ortsauflösung im Vergleich zur Standardrekonstruktion kann, unabhängig von der Bestrahlung, erreicht werden.
Im nächsten Schritt wird das Verhalten von größeren Strukturen anhand zweier Sektoren der Endkappen des Spurdetektors im sogenannten "Tracker Slice-Test" untersucht, bei dem etwa 12.5 % des gesamten Spurdetektors ausgelesen wurden. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Inbetriebnahme und der Untersuchung der zugehörigen Betriebsparameter. Besondere Beachtung gilt dem Rauschverhalten des Systems. Es wird untersucht als Funktion der Temperatur und verschiedener Stromversorgungskonfigurationen. Das Rauschverhalten erweist sich als stabil und zeigt das zu erwartende Verhalten. Die Änderung bei verschiedenen Stromversorgungskonfigurationen liegen im Bereich von 2 %. Defekte verschiedener Natur werden gezeigt, identifiziert und überwacht. Der Anteil persistenter Defekte an der Anzahl der Kanäle in den Endkappen-Sektoren liegt bei ca. 0.7 %.
Schließlich wird für den gesamten Spurdetektor die präzise Ausrichtung(Alignierung) der mehr als 15000 Module des Trackers betrachtet. Eine präzise Ausrichtung der Module ist Vorraussetzung für die Auflösung verschiedener primärer und sekundärer Vertizes sowie der genauen Impulsmessung. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der Beurteilung der Qualität eines Alignierungsvorgangs. Anhand von Daten kosmischer Myonen werden mögliche sensitive Variablen motiviert und getestet. Hieran wird das Funktionsprinzip des Validierungsprozesses überprüft.
With an active area of more than 200 m², the CMS silicon strip detector is the largest silicon tracker ever built. It consists of more than 15,000 individual silicon modules which have to meet very high standards in terms of noise behavior and electronic crosstalk, as well as their exact positioning within the tracker. Furthermore, the modules will be exposed to a harsh radiation environment over the lifetime of the tracker. This thesis deals with several of the above-mentioned aspects.
In the first part, individual modules are investigated using a testbeam. Some of the modules were irradiated up to an integrated dose which corresponds to the expected one over the life time of the tracker. These modules are investigated with respect to their signal-to-noise behavior, and their cross-talk. Several operational parameters are varied, such as the temperature and the bias voltage. It is shown that the modules behave as expected. The signal-to-noise ratio is well above the specifications and the cross-talk increases only very moderately with irradiation. Furthermore, the spatial resolution of the modules is investigated. Different cluster algorithms are utilized and compared. It is shown that the spatial resolution is not much affected by irradiation and that the spatial resolution can be improved with respect to the current standard reconstruction.
In the second part, larger structures of the silicon tracker are studied during the so-called "tracker slice-test". Two sectors from one of the tracker end caps are investigated. Special emphasis is given to the commissioning of the system and the monitoring of the various commissioning parameters. Furthermore, the noise of the system is investigated as a function of the ambient temperature and different powering schemes. It is shown that the noise of the system behaves as expected. The noise is stable within 2 % for different powering schemes. Also possible failures of components are investigated and persistent defects are identified and monitored. The total amount of localized and non-localized defects is found to be about 0.7 % for the two end cap sectors.
Lastly, the alignment of the detector is a subject of interest, as the exact alignment of all components of the tracker with respect to each other will be of prime importance for any analysis using the tracker. The separation of primary and secondary vertices as well as the momentum resolution depend largely on a very good alignment of the detector. In this thesis, the validation of an alignment result is investigated. Several quantities which could be used to judge the quality of an alignment are discussed. A first application of the validation is shown on cosmic muon data, taken with the whole silicon tracker after the integration into the experiment.