[en] High Energy Physics (HEP) experiments at particle colliders probe our understanding of the structure and dynamics of matter. In order to advance the field, the accelerator systems are periodically upgraded to higher energies and luminosities. Experiments have to keep up, by improving their detector instrumentation. Silicon pixel detectors play a critical role in HEP experiments. Thanks to their excellent position resolution, compactness, speed and radiation hardness, they enable particle track reconstruction in high radiation environments like hadron colliders. In turn, their performance allows excellent track impact parameter resolution, a key ingredient for secondary vertex identification and jet b-tagging. Currently the standard pixel detector consists of a segmented sensor, in which each pixel is connected to a readout channel of an Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) through a complicated, and expensive, technique called bump bonding. An alternative approach to hybrid pixel devices are monolithic detectors, which combine the particle sensing and the signal processing tasks in the same substrate.These kinds of detectors developed in the CMOS process have been used in the past, but only relatively recently radiation hard devices based on this technology have been proposed. In this thesis a first full size prototype of a monolithic detector developed in the High Voltage CMOS (HV-CMOS) technology is investigated as a pixel device for the outer layers of the future upgrade ATLAS tracker, which is located in the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. Besides the application of this technology in HEP experiments, the detection of soft X-ray photons is also investigated in one matrix in one of the HV-CMOS pixel detectors. Lastly, the usage of CMOS devices for the detection of Near-Infrared (NIR) photons with Avalanche Photodiode (APD) is explored.

[es] Los experimentos de física de alta energía (HEP) en colisionadores de partículas sondean nuestra comprensión de la estructura y la dinámica de la materia. Para avanzar en el campo, los sistemas de aceleración se actualizan periódicamente a mayores energías y luminosidades. Los experimentos tienen que mantenerse al día, mejorando la instrumentación de su detector. Los detectores de píxeles de silicio desempeñan un papel fundamental en los experimentos con HEP. Gracias a su excelente resolución de posición, compacidad, velocidad y dureza de radiación, permiten la reconstrucción de pistas de partículas en entornos de alta radiación como colisionadores de hadrones. A su vez, su rendimiento permite una excelente resolución de parámetros de impacto en la pista, un ingrediente clave para la identificación secundaria de vértices y el etiquetado de chorro b. Actualmente, el detector de píxeles estándar consta de un sensor segmentado, en el que cada píxel está conectado a un canal de lectura de un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) a través de una técnica complicada y costosa llamada unión por golpes. Un enfoque alternativo a los dispositivos de píxeles híbridos son los detectores monolíticos, que combinan la detección de partículas y las tareas de procesamiento de señales en el mismo sustrato. Estos tipos de detectores desarrollados en el proceso CMOS se han utilizado en el pasado, pero solo relativamente recientemente basados &#8203;&#8203;en dispositivos de radiación dura sobre esta tecnología se han propuesto. En esta tesis, se investiga un primer prototipo de tamaño completo de un detector monolítico desarrollado en la tecnología CMOS de alto voltaje (HV-CMOS) como un dispositivo de píxeles para las capas externas del rastreador ATLAS de actualización futura, que se encuentra en el Gran Colisionador de Hadrones ( LHC) en el CERN. Además de la aplicación de esta tecnología en experimentos HEP, la detección de fotones de rayos X blandos también se investiga en una matriz en uno de los detectores de píxeles HV-CMOS. Por último, se explora el uso de dispositivos CMOS para la detección de fotones de infrarrojo cercano (NIR) con Avalanche Photodiode (APD).