НОВІТНІ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ РІШЕННЯ НАДЛЕГКИХ ДЕТЕКТОРНИХ МОДУЛІВ ДЛЯ ФІЗИЧНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ

Автор(и)

  • Ігор Шакирович Невлюдов Харківський національний університет радіоелектроніки http://orcid.org/0000-0002-9837-2309
  • В’ячеслав Миколайович Борщов ТОВ "Світлодіодні технології Україна" http://orcid.org/0000-0002-5579-8932
  • Ігор Трохимович Тимчук Харківський національний університет радіоелектроніки http://orcid.org/0000-0002-6436-7253
  • Максим Анатолійович Проценко ТОВ "Світлодіодні технології Україна" http://orcid.org/0000-0001-9313-1701
  • Наталія Павлівна Демська Харківський національний університет радіоелектроніки http://orcid.org/0000-0002-9931-9964

DOI:

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

Ключові слова:

фізичний експеримент, детекторний модуль, кремнієвий сенсор, HV-MAPS, гнучка багатошарова плата, безадгезивний лакофольговий алюміній-поліімідний діелектрик

Анотація

Одним з головних завдань покращення інформативності експериментів фізики високих енергій є зменшення маси речовини в об’ємі детектування для забезпечення зменшення можливого впливу на параметри часток, що досліджуються. Одночасно, передбачається збільшення інформативності досліджень, а саме роздільної здатності, таких досліджень, що в свою чергу призводить до значного збільшення інформаційних потоків та швидкості передачі та обробки інформації. Вирішення вищенаведених головних завдань удосконалення існуючих та створення новітніх експериментів в галузі фізики можливе за рахунок розробки новітніх конструктивно-технологічних рішень детекторних модулів, які є базовою коміркою сучасних детекторних систем міжнародних фізичних експериментів. Конструктивні та технологічні підходи створення детекторних модулів, головним чином, визначають відповідність головним вимогам щодо маси матеріалу та швидкодії всієї детекторної системи. Досягнення вищенаведених вимог при створенні детекторних модулів можливе при використанні найновітніших напівпровідникових чутливих елементів (сенсорів) та багатошарових елементів комутації з алюмінієвими провідниковими шарами. Предметом даного дослідження є технології створення детекторних модулів з низьким рівнем маси матеріалу в об’ємі детектування з використання надсучасної тонкої напівпровідникової елементної бази. Метою даної роботи є створення та дослідження надлегких детекторних модулів та їх прототипів при високих швидкостях передачі інформації (понад 1Гбіт/с). Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення наступних завдань: розглянути існуючі новітні напівпровідникові HV-MAPS сенсори; провести вибір та обґрунтування матеріалу елементів комутації; здійснити вибір структури та технології складання детекторних модулів. За результатами вибору найбільш оптимального методу створення електричних міжз’єднань між компонентами модулю, а саме технології складання, провести аналіз конструктивних та технологічних вимог до детекторних модулів для експерименту Mu3e, який дозволить визначити структуру та склад модулю. З урахуванням вищеозначених конструктивних особливостей, обраних матеріалів та технологій для відпрацювання та перевірки правильності вибору матеріалів та технології складання розробити та виготовити механічний макет детекторного модулю для експерименту Mu3e та прототип надлегкої багатошарової гнучкої плати для досліджень впливу на передачу сигналу при швидкостях понад 1Гбіт/с. Висновки: при виконанні роботи розроблено, виготовлено та досліджено макети детекторних модулів та тестові багатошарові плати, що підтвердили очікувані результати. Отримані результати досліджень виготовлених зразків дозволяють припустити можливий подальший розвиток робіт в напрямку використання даних підходів при створенні інноваційних детекторних модулів не лише для експерименту Mu3e, а й для експериментів з подібними жорсткими вимогами щодо мінімізації маси матеріалу в об’ємі детектування та високої швидкості проходження сингалів, наприклад модернізація/удосконалення експерименту ATLAS на Великому Адронному Коллайдері у CERN.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

Ігор Шакирович Невлюдов, Харківський національний університет радіоелектроніки

доктор технічних наук, професор, Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та мехатроніки

В’ячеслав Миколайович Борщов, ТОВ "Світлодіодні технології Україна"

доктор технічних наук, професор, ТОВ "Світлодіодні технології Україна", Перший заступник директора-Головний конструктор

Ігор Трохимович Тимчук, Харківський національний університет радіоелектроніки

Харківський національний університет радіоелектроніки, молодший науковий співробітник кафедри комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та мехатроніки

Максим Анатолійович Проценко, ТОВ "Світлодіодні технології Україна"

кандидат технічних наук, ТОВ "Світлодіодні технології Україна", Заступник директора-заступник Головного конструктора

Наталія Павлівна Демська, Харківський національний університет радіоелектроніки

Харківський національний університет радіоелектроніки, старший викладач кафедри комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та мехатроніки

Посилання

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.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-09-26

Як цитувати

Невлюдов, І. Ш., Борщов, В. М., Тимчук, І. Т., Проценко, М. А. і Демська, Н. П. (2018) «НОВІТНІ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ РІШЕННЯ НАДЛЕГКИХ ДЕТЕКТОРНИХ МОДУЛІВ ДЛЯ ФІЗИЧНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ», СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕХНОЛОГІЙ В ПРОМИСЛОВОСТІ, (3 (5), с. 67–78. doi: 10.30837/2522-9818.2018.5.067.