Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание гибридных пиксельных детекторов большой площади на основе сенсоров из модифицированного арсенида галлия GaAs:Cr и микросхем считывания Medipix3RX для источников синхротронного излучения и источников нейтронов (GALAPAD-2).

Номер контракта: 14.618.21.0001

Руководитель: Шелков Георгий Александрович

Должность: ведущий научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
пиксельные детекторы, арсенид галлия , медипикс, таймпикс, детекторы большой площади, рентгенография, нейтронография.

Цель проекта:
Целью разработки является cоздание прототипа гибридных пиксельных детекторов большой площади Double-HEXA на основе сенсоров из модифицированного арсенида галлия GaAs:Cr и микросхем считывания Medipix3RX, работающих в режиме счета отдельных фотонов. Разрабатываемые детекторы предназначены для использования в качестве измерительных станций на источниках синхротронного излучения и источниках нейтронов для детектирования синхротронного и нейтронного излучения и получения рентгенографических и нейтронографических изображений.

Основные планируемые результаты проекта:
Площадь чувствительной поверхности детекторов составит 84х28 мм2 с общим размером матрицы 1536х512 пикселей при размере пикселя 55х55 мкм2. Энергетическое разрешение детекторов по порогу будет лучше 1 кэВ в области 10-100 кэВ. Детекторы будут иметь малый размер нечувствительной области на краю сенсорной пластины - не более 50 мкм (slim edge), что позволит использовать подобные детекторы в качестве элементов детектирующих систем произвольно большой площади.
В ходе создания прототипа Double-HEXA планируется создание гибридных пиксельных детекторов большой площади HEXA размером 42х28 мм2 с матрицей 768х512 пикселей для отработки отдельных технологических операций.
В ходе выполнения работ будут изготовлены и протестированы несколько десятков монолитных пластин диаметром 76 мм и 102 мм из модифици-рованного арсенида галлия GaAs:Cr. Будет разработана технология разделения пластин из арсенида галлия на кристаллы размером 42x28 мм2 и 85x28 мм2 с узкой нечувствительной областью. Будут разработаны технологические решения для соединения сенсорных пластин из арсенида галлия размером 42x28 мм2 и 84х28 мм2 с узкой нечувствительной областью, соответственно, с шестью и двенадцатью микросхемами считывания Medipix3RX методом микропайки и получения, таким образом, прототипов гибридных пиксельных детекторов HEXA и Double-HEXA.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
На конечном этапе работ будет создана экспериментальная станция на основе прототипа детектора Double-HEXA для проведения исследовательских испытаний в области нейтронографии на нейтронных пучках ОИЯИ и в области рентгенографии на источнике синхротронного излучения ANKA в Карлсруэ.
В сравнении с детекторами, используемыми в настоящее время на источниках синхротронного и нейтронного излучения в РФ, гибридные пиксельные детекторы на основе модифицированного арсенида галлия и микросхемы Medipix3RX имеют высокое пространственное разрешение, гораздо более низкий уровень шума, высокое быстродействие, повышенную радиационную стойкость, возможность измерения
энергии отдельного фотона.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые гибридные пиксельные детекторы большой площади могут применяться для регистрации фотонов и нейтронов и получения изображений высокого качества при проведении исследований на источниках синхротронного и нейтронного излучения методами рентгено- и нейтронографии, малоуглового рентгеновского рассеяния и малоуглового рассеяния нейтронов, дифракционной когерентной рентгеновской микроскопии и когерентной дифракции нейтронов. Данные методы находят широкое применение для получения информации об атомной и магнитной структуре огромного числа материалов: начиная от простых монокристаллов и жидкостей, и заканчивая белковыми макромолекулами, дисперсными системами и нанокомпозитами.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе проекта в ОИЯИ: 1) подготовлен аналитический обзор современной научно-технической и методической литературы, затрагивающей создание гибридных пиксельных детекторов большой площади; 2) проведены патентные исследования в области полупроводниковых пиксельных детекторов большой площади и методов обработки края полупроводникового сенсора с целью уменьшения нечувствительной зоны; 3) разработано техническое задание на испытательный стенд для измерения характеристик полупроводниковых сенсорных пластин; подготовлен и заключен контракт на поставку зондовой станции для измерения свойств полупроводниковых материалов; 4) разработано техническое задание на монолитные пластины диаметром 76 мм и 102 мм из модифицированного арсенида галлия GaAs:Cr и заключен контракт с соисполнителем (Томским государственным университетом) на поставку таких пластин.
На втором этапе проекта в ОИЯИ: 1) создан испытательный стенд на основе зондовой станции для изучения свойств полупроводниковых материалов и контроля качества сенсорных пластин; 2) разработаны методики по измерению вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик
сенсорных пластин из GaAs:Cr; 3) измерены основные характеристики 40 монолитных пластин диаметром 76 мм из GaAs:Cr, изготовленных соисполнителем на этом этапе; 4) разработано техническое задание на сенсорные пластины диаметром 76 мм из GaAs:Cr.
На третьем этапе проекта в ОИЯИ: 1) проведены патентные исследования в области полупроводниковых пиксельных детекторов для регистрации нейтронов; 2) изготовлено и протестировано 40 сенсорных пластин диаметром 76 мм из модифицированного арсенида галлия GaAs:Cr из ранее изготовленных монолитных пластин.