[en] This thesis presents the development of Low Gain Avalanche Detectors (LGAD) at the Institute of Microelectronics of Barcelona (IMB-CNM). The work is primarily focused on the design, optimization and fabrication of LGAD sensors for High Energy Physics (HEP) experiments and, specifically, for High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) experiments at CERN. The HL-LHC aims to upgrade in the next few years, increasing its luminosity to enable the collection of more data in shorter time frames which, in turns, will increase the likelihood of new particle discoveries. Consequently, the silicon detectors used in HL-LHC experiments must demonstrate exceptional radiation tolerance as well as tracking and timing performance to prevent pile-up effects, being the LGAD a great candidate to fulfill such zealous task. While the primary focus of LGAD development has been HEP experiments, these detectors also offer potential applications beyond this field. Specifically, LGADs hold promise for detecting low-penetrating particles in silicon. To accommodate these applications, a redesign of the LGAD was necessary, as it was originally optimized exclusively for HEP experiments. As a result, the nLGAD was first developed at IMB-CNM, which retains the excellent performance of traditional LGAD devices while being specifically optimized to detect low-penetrating particles. The design, optimization and fabrication of IMB-CNM nLGAD sensors represent a significant aspect of this thesis. Additionally, an LGAD or nLGAD can be technologically tailored to achieve a fill factor of 100 %, which is crucial for applications requiring enhanced silicon detector sensitivity. This thesis will specifically address the potential of the Trench iLGAD (TiLGAD) in achieving this goal. Overall, this work will cover the design, simulation, optimization, fabrication and characterization of IMB-CNM LGAD sensors across various technological configurations, each tailored to address specific key issues in the realm of particle detection.

[es] Esta tesis presenta el desarrollo de detectores de baja ganancia por avalancha (LGAD) en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM). El trabajo se centra principalmente en el diseño, optimización y fabricación de sensores LGAD para experimentos de física de altas energías (HEP) y, específicamente, para experimentos del Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad (HL-LHC) en el CERN. El HL-LHC tiene como objetivo una actualización en los próximos años, aumentando su luminosidad para permitir la recopilación de más datos en periodos de tiempo más cortos, lo que, a su vez, incrementará la probabilidad de descubrir nuevas partículas. Como consecuencia, los detectores de silicio utilizados en los experimentos del HL-LHC deben demostrar una tolerancia excepcional a la radiación, así como un rendimiento sobresaliente en términos de seguimiento y temporización para evitar los efectos de superposición, siendo el LGAD un excelente candidato para cumplir con esta ambiciosa tarea. Aunque el desarrollo principal de los LGAD se ha enfocado en experimentos de HEP, estos detectores también ofrecen aplicaciones potenciales más allá de este campo. Concretamente, los LGAD tienen gran potencial para la detección de partículas de baja penetración en silicio. Para acomodar estas aplicaciones, fue necesario rediseñar el LGAD, ya que originalmente estaba optimizado exclusivamente para los experimentos de HEP. Como resultado, se desarrolló el nLGAD en el IMB-CNM, que mantiene el excelente rendimiento de los dispositivos LGAD tradicionales, pero optimizado específicamente para la detección de partículas de baja penetración. El diseño, optimización y fabricación de sensores nLGAD del IMB-CNM representan un aspecto significativo de esta tesis. Además, un LGAD o nLGAD puede personalizarse tecnológicamente para lograr un factor de llenado del 100 %, lo cual es crucial para aplicaciones que requieren una mayor sensibilidad en los detectores de silicio. Esta tesis abordará específicamente el potencial del Trench iLGAD (TiLGAD) para alcanzar este objetivo. En conjunto, este trabajo abarcará el diseño, simulación, optimización, fabricación y caracterización de los sensores LGAD del IMB-CNM en diversas configuraciones tecnológicas, cada una adaptada para abordar cuestiones clave en el ámbito de la detección de partículas.