DOI: https://doi.org/10.30837/2522-9818.2018.5.067

НОВЕЙШИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ СВЕРХЛЕГКИХ ДЕТЕКТОРНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Ігор Шакирович Невлюдов, В’ячеслав Миколайович Борщов, Ігор Трохимович Тимчук, Максим Анатолійович Проценко, Наталія Павлівна Демська




Аннотация


Одной из главных задач улучшения информативности экспериментов физики высоких энергий является уменьшение массы вещества в объеме детектирования для обеспечения уменьшения возможного влияния на параметры исследуемых частиц. Одновременно, предусматривается увеличение информативности исследований, а именно разрешительной способности, таких исследований, что, в свою очередь приводит к значительному увеличению информационных потоков и скорости передачи и обработки информации. Решение вышеуказанных главных задач совершенствования существующих и создания новых экспериментов в области физики возможно за счет разработки новых конструктивно-технологических решений детекторных модулей, которые являются базовой ячейкой современных детекторных систем международных физических экспериментов. Конструктивные и технологические подходы создания детекторных модулей, главным образом, определяют соответствие главным требованиям по массе материала и быстродействию всей детекторной системы. Достижения вышеприведенных требований при создании детекторных модулей возможно при использовании новейших полупроводниковых чувствительных элементов (сенсоров) и многослойных элементов коммутации с алюминиевыми проводящими слоями. Предметом данного исследования являются технологии создания детекторных модулей с низким уровнем массы материала в объеме детектирования с использованием сверхсовременной тонкой полупроводниковой элементной базы. Целью данной работы является создание и исследование сверхлегких детекторных модулей и их прототипов при высоких скоростях передачи информации (более 1Гбит/с). Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: рассмотреть существующие новейшие полупроводниковые HV-MAPS сенсоры; провести выбор и обоснование материала элементов коммутации; осуществить выбор структуры и технологии сборки детекторных модулей. По результатам выбора наиболее оптимального метода создания электрических межсоединений между компонентами модуля, а именно технологии сборки, провести анализ конструктивных и технологических требований к детекторных модулей для эксперимента Mu3e, который позволит определить структуру и состав модуля. С учетом вышеуказанных конструктивных особенностей, выбранных материалов и технологий для отработки и проверки правильности выбора материалов и технологии сборки разработать и изготовить механический макет детекторного модуля для эксперимента Mu3e и прототип сверхлегкой многослойной гибкой платы для исследований влияния на передачу сигнала при скоростях более 1Гбит/с. Выводы: при выполнении работы разработаны, изготовлены и исследованы макеты детекторных модулей и тестовые многослойные платы, которые подтвердили ожидаемые результаты. Полученные результаты исследований изготовленных образцов позволяют предположить возможное дальнейшее развитие работ в направлении использования данных подходов при создании инновационных детекторных модулей не только для эксперимента Mu3e, но и для экспериментов с подобными жесткими требованиями по минимизации массы материала в объеме детектирования и высокой скорости прохождения сингалов, например модернизация / усовершенствование эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере в CERN.

Ключевые слова


физический эксперимент; детекторный модуль; кремниевый сенсор; HV-MAPS; гибкая многослойная плата; безадгезивний лакофольгованный алюминий-полиимидный диэлектрик

Полный текст:


PDF

Литература


Blondel, A., Bravar, A., Pohl, M. et al. (2012), Research Proposal for an Experiment to Search for the Decay μ → eee, Paul Sherrer Institute (PSI), December 2012, 104 р.

Kosenko, V., Persiyanova, E., Belotskyy, О., Malyeyeva, O. (2017), "Methods of managing traffic distribution in information and communication networks of critical infrastructure systems", Innovative Technologies and Scientific Solutions for Industries, No. 2 (2), P. 48–55. DOI: https://doi.org/10.30837/2522-9818.2017.2.048.

Berger, N., Dittmeier, S., Henkelmann, L., Herkert, A., Aeschbacher, F. M., Ng, Y. W., Wiedner, D. (2016), "Ultra-low material pixel layers for the Mu3e experiment", Journal of Instrumentation, No. 11 (12). DOI: https://doi.org/10.1088/1748-0221/11/12/C12006.

Abelev, Betty B. I. et al. (2014), "Technical Design Report for the Upgrade of the ALICE Inner Tracking System", Journal of Physics G : Nuclear and Particle Physics, 195 p. DOI: https://doi.org/10.1088/0954-3899/41/8/087002.

Dellacasa, G. et al. (1999), (ALICE Collaboration), ALICE technical design report of the inner tracking system (ITS), CERN/LHCC 99-12, June 1999. 373 p.

Aamodt, K. (Oslo U.) et al. (2008), "The ALICE experiment at the CERN LHC", Journal of Instrumentation, JINST 3, 159 p. DOI: https://doi.org/10.1088/1748-0221/3/08/S08002.

Gaycken, G., Besson, A., Gay, A., Gornushkin, Y., Grandjean, D., Guilloux, F., Szelezniak, M. (2006), "Monolithic active pixel sensors for fast and high resolution vertex detectors", 13th International Workshop on Vertex Detectors - VERTEX 2004, Sep 2004, Menaggio - Como, Italy, No. 560, P. 44–48.

Perić, I. (2007),"A novel monolithic pixelated particle detector implemented in high-voltage CMOS technology", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A : Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, No. 582 (3), P. 876–885. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2007.07.115.

Perić, I., Kreidl, C., & Fischer, P. (2011), "Particle pixel detectors in high-voltage CMOS technology - new achievements", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A : Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, No. 650 (1), P. 158–162. DOI: https://doi.org/rbq10.1016/j.nima.2010.11.090.

Guskov, G. Ya., Blinov, G. A., Gazarov, A. A. (1986), Montazh mikroelektronnoy apparaturyi, Moscow : Radio i svyaz, 176 p.

Borschev, V. N., Antonova, V. A., Listratenko, A. M. i dr. (2009), "Kompleksnyiy podhod k vyiboru konstruktivno-tehnologicheskih resheniy gibko-zhestkih odnodetektornyih moduley dlya komptonovskoy meditsinskoy tomografii", Stsintillyatsionnyie materialyi : Inzheneriya, ustroystva, primenenie, Kharkiv, P. 111–127.

Plis, N. I., Verbitskiy, V. G., Zhora, V. D. i dr. (2010), "Tehnologiya sborki mikroshem na gibkom poliimidnom nositele", Tehnologiya i konstruirovanie v elektronnoy apparature, No. 5–6, P. 43–45.

Abelev, B. et al. (2013), "(The ALICE Collaboration) The ALICE Collaboration Technical Design Report for the Upgrade of the ALICE Inner Tracking System", Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, [CERN-LHCC-2013-024] 06.12.2013, 181 р.

Technical Design Report for the CBM, Silicon Tracking System (STS), The CBM Collaboration, GSI Report 2013 – GSI Darmstadt, Germany, December 2012, 175 p.

YiUO.037.042 TU Tehnicheskie usloviya, Dielektrik lakofolgovyiy FDI.

Borshchov, V. M., Heuser, J. M., Murin, Yu. A. et al. (2010), Development of ultra-thin cables for the CBM Silicon Tracking System, CBM Progress Report .2009 - GSI Darmstadt, Germany, 15 p.

Kandyibey, S. S., Tyimchuk, I. T., Protsenko, M. A. (2016), "Razrabotka i testirovanie prototipa bazovogo detektornogo modulya dlya modernizatsii vnutrennego trekera eksperimenta LHCb", Tezisyi dokladov XIV Konferentsii po fizike vyisokih energiy, yadernoy fizike i uskoritelyam, NNTs HFTI, Kharkiv, P. 31.


Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2018 Ігор Шакирович Невлюдов, В’ячеслав Миколайович Борщов, Ігор Трохимович Тимчук, Максим Анатолійович Проценко, Наталія Павлівна Демська

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» 4.0 International License.

 
 Все статьи, опубликованные в журнале ITSSI, доступны на условиях лицензии CC BY-NC-SA 4.0
© 2017-2018 Научный журнал "Современное состояние научных исследований и технологий в промышленности", Харьков, Украина