НОВІТНІ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ РІШЕННЯ НАДЛЕГКИХ ДЕТЕКТОРНИХ МОДУЛІВ ДЛЯ ФІЗИЧНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ

• Main Authors: Ігор Шакирович Невлюдов, В’ячеслав Миколайович Борщов, Ігор Трохимович Тимчук, Максим Анатолійович Проценко, Наталія Павлівна Демська
• Format: Article
• Language: English
• Published: Kharkiv National University of Radio Electronics 2018-09-01
• Series: Сучасний стан наукових досліджень та технологій в промисловості
• Subjects: фізичний експеримент; детекторний модуль; кремнієвий сенсор; HV-MAPS; гнучка багатошарова плата; безадгезивний лакофольговий алюміній-поліімідний діелектрик
• Online Access: https://itssi-journal.com/index.php/ittsi/article/view/77

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.