Разработка, создание и применение кремниевых детектров в физике высоких энергий и физике космических лучей

• Автор: Меркин, Михаил Моисеевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 285 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Кремниевые детекторы. Принципы работы. Технология

1.1. Принципы работы полупроводниковых детекторов с р*п- переходом

1.2. Элементы технологии кремниевых детекторов

1.3. Проектирование детекторов

1.4. Моделирование переноса заряда в кремниевых детекторах

1.5. Заключение

Глава 2. Тестирование детекторов. Методика и результаты

2.1. Задача испытаний детекторов

2.2. Общие требования к измерительному оборудованию и программному обеспечению
2.3. Схемы измерений и методы расчёта некоторых величин
2.4. Заключение
Глава 3. Вопросы радиационной стойкости кремниевых детекторов
3.1. Радиационные эффекты в кремниевых детекторах
3.2. Радиационно-стойкие кремниевые детекторы
3.3. Заключение
Глава 4. Падовые детекторы. Особенности и применение
4.1. Кремниевые детекторы адрон-электронного сепаратора HES установки ZEUS
4.2. Детектор заряда эксперимента ATIC
4.3. Прототип системы измерения заряда установки НУКЛОН
4.4. Прототип переднего электромагнитного калориметра эксперимента PHENIX
4.5. Прототип калориметра линейного коллайдера ILC (CALICE)
4.6. Заключение
Глава 5. Микростриповые координатно-чувствительные кремниевые детекторы и их применение
5.1. Микростриповые детекторы эксперимента DO (FNAL)
5.2. Микростриповые детекторы эксперимента СВД-
5.3. Заключение
Список литературы
Приложение. Список основных публикаций по теме диссертации

Введение.
Актуальность темы.
Еще чуть более 30 лет назад полупроводниковые детекторы были едва известны в физике высоких энергий (ФВЭ) и физике космических лучей (ФКЛ), в то время как сегодня это уже очень широко применяемые приборы, используемые для определения координат, энергии, типа и заряда частиц. Интенсивное развитие многоканальной высокочувствительной электроники считывания, т.н. front-end, привело к тому, что сегодня электрические сигналы с полупроводниковых детекторов могут быть относительно легко обработаны и записаны системами сбора информации для непосредственного или последующего анализа.
Полупроводниковые детекторы сегодня обеспечивают наилучшую точность определения координаты частицы в больших детектирующих системах, способны работать в очень высоких магнитных полях и в достаточно жестких радиационных условиях. Что особенно важно для масштабных экспериментов по изучению редких процессов, таких как, например, эксперименты на коллайдере «ТЭВАТРОН» (CDF и D0) и эксперименты на большом адроном коллайдере (БАК/LHC).
Следует отметить, что все современные экспериментальные установки включают в себя, как правило, кремниевую систему как основной и наиболее точный инструмент.
Практически все современные полупроводниковые детекторы, используемые в ФВЭ и ФКЛ, изготавливаются на пластинах монокристаллического кремния по технологиям, применяемым в микроэлектронике, и это определяет их широкое применение благодаря высокой степени разработанности технологий и повторяемости результатов.
Развитие физических экспериментов с использованием коллайдеров (LHC - большой адронный коллайдер, ILC - международный линейный

коллайдер, SLHC - сверхбольшой адронный коллайдер, RHIC - коллайдер тяжелых ионов), а также экспериментов с ионными пучками, требует создания очень больших систем с максимально возможной гранулярностью, что связано с огромными потоками частиц, образующихся в результате взаимодействия. Например, для эксперимента СВМ при интенсивности пучка до 109 ионов золота в секунду, число взаимодействий в мишени определяется как 105 + 107 1/сек при средней множественности процессов около 800 вторичных частиц. Из существующих и разрабатываемых приборов только полупроводниковые детекторы способны обеспечить регистрацию частиц, восстановление их треков и вторичных вершин распада при высокой скорости отклика. Пожалуй, единственной альтернативой полупроводниковым детекторам являются детекторы на основе искусственного алмаза, однако технологии выращивания материала и собственно изготовления детекторов еще не дают возможности использовать эти приборы в реальных установках.
С другой стороны, в физике космических лучей, где, казалось бы, радиационные загрузки на несколько порядков меньше и необходимые скорости считывания всего до десятков событий в секунду (в некоторых случаях сотен), все же существует ряд задач, требующих очень высоких или даже уникальных параметров регистрирующих приборов. Особенно это касается координатного разрешения при экстремально высокой множественности процессов. Кроме того, для ФКЛ чрезвычайно актуальна задача определения химического состава космических лучей, вплоть до ионов железа и даже более тяжелых ионов. Динамический диапазон кремниевых детекторов практически не ограничен, что позволяет использовать их в системах определения заряда.
Настоящая работа посвящена актуальной проблеме разработки кремниевых детекторов для физики высоких энергий и физики космических лучей.

приборов на пластине, то в случае производства детекторов - это уже число годных детекторов в партии или среднее по нескольким установочным партиям пластин. В некоторых случаях для микростриповых детекторов может быть установлен критерий, определяющий допустимое число не работающих по тем или иным причинам каналов на детекторе.