[en] The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva is a proton-proton collider that contributed to major scientific discoveries. In 2013, the High-Luminosity LHC (HL-LHC) upgrade was announced to increase the luminosity by a factor of five to seven times the original design. The goal is to reach a luminosity of 5 × 10^34 cm2 and potentially 7 × 10^34 cm2. This upgrade aims to deliver an integrated luminosity of 4000 over 12 years. To handle the increased data rate and higher radiation levels, the LHC experiments are being upgraded. The ATLAS experiment (A Toroidal LHC ApparatuS) is undergoing significant enhancements, including complete replacement of some sub-detectors like the new inner tracking detector (ITk) and the addition of new ones such as the High-Granularity Timing Detector (HGTD). The HGTD, to be installed in front of the calorimeter end-caps in 2029, will provide precise track timing measurements, complementing the spatial information from the ITk. The HGTD uses Low Gain Avalanche Detector (LGAD) as the sensing technology, offering a time resolution of around 30 ps. In the context of this thesis, studies were conducted on LGAD sensors produced by IMB-CNM, both before and after irradiation to the expected fluence levels at HGTD. The readout electronics for LGAD, ATLAS LGAD timing readout chip (ALTIROC), was specifically designed to enable the data taking of the LGAD sensors while ensuring a small impact on the time resolution. The HGTD module comprises two LGAD sensors and two readout chips, connected via a single module flexible PCB (module flex cable). This thesis presents the studies conducted with HGTD modules to verify their compliance with HGTD specifications. In addition to high-energy physics (HEP), semiconductor detectors with charge multiplication also has potential uses for medical applications. Furthermore, CMOS devices have the potential of reducing cost compared to specific solutions. CMOS based Single Photon Avalanche Diodes (SPADs) are investigated in this thesis for such application.

[es] El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN en Ginebra es un colisionador de protones que ha contribuido a importantes descubrimientos científicos. En 2013, se anunció la actualización del LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC) para aumentar la luminosidad de cinco a siete veces el diseño original. El objetivo es alcanzar una luminosidad de 5 × 1034 cm2 y potencialmente 7 × 1034 cm2. Esta actualización apunta a entregar una luminosidad integrada de 4000 en 12 años. Para manejar el aumento en la tasa de datos y los niveles más altos de radiación, los experimentos del LHC están siendo actualizados. El experimento ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) está siendo mejorado significativamente, incluyendo el reemplazo completo de algunos sub-detectores como el nuevo detector de rastreo interno (ITk) y la adición de nuevos sistemas como el High Granularity Timing Detector (HGTD). El HGTD, que se instalar¿ia en ambos extremos de ATLAS para el HL-LHC en 2029, proporcionaría mediciones precisas del tiempo de las trazas, complementando la información espacial del ITk. El HGTD utiliza detectores de avalancha de baja ganancia (LGAD, del ingles Low Gain Avalanche Detector) como tecnología de detección, ofreciendo una resolución temporal de alrededor de 30 ps . En el contexto de esta tesis, se realizaron estudios sobre sensores LGAD producidos por IMB-CNM, tanto antes como después de la irradiación a los niveles de fluencia esperados en el HGTD. La electrónica de lectura para LGAD, el chip de lectura temporal ATLAS LGAD (ALTIROC), fue diseñado específicamente para habilitar la toma de datos de los sensores LGAD asegurando un pequeño impacto en la resolución temporal. El módulo HGTD comprende dos sensores LGAD y dos chips de lectura, conectados a través de un único PCB flexible de módulo (cable flexible del módulo). Esta tesis presenta los estudios realizados con los módulos HGTD para verificar su cumplimiento con las especificaciones de HGTD. Además de la física de alta energía, los detectores semiconductores con multiplicación de carga también tienen usos posibles para aplicaciones médicas. Ademas, los dispositivos CMOS tienen el potencial de reducir costes en comparación con soluciones específicas. En esta tesis se investigan diodos de avalancha, o Single Photon Avalanche Detectors (SPADs), basados en CMOS para dicha aplicación.