Gli esperimenti alle future macchine acceleratrici (Super Bfactory, ILC) avranno bisogno di sistemi di tracciatura ad alto rate e bassissimo contenuto di materiale per ottimizzare la risoluzione in impulso ed in posizione. Sarà inoltre essenziale in molti casi ottenere dal sistema di tracciatura informazioni di trigger sofisticate e con bassa latenza, utilizzabili nel trigger di livello 1.
L'esperimento SLIM5 vuole costruire un dimostratore di tracciatore di silicio sottile con capacità di trigger di livello 1 utilizzando rivelatori a pixel monolitici attivi CMOS (MAPS) e rivelatori di silicio a strisce sottili, interfacciati ad un sistema di memorie associative.
Tale tracciatore sarà composto da 4 strati di moduli di silicio a strisce sottili (100-200 um) e da 2 strati di rivelatori MAPS realizzati in tecnologia CMOS 0.13um assottigliati a circa 100um, collegati a schede di memorie associative del tipo sviluppato dall'esperimento Fastrack. I dispositivi di rivelazione verranno in parte sviluppati nell'ambito di un progetto PRIN in corso di valutazione da parte del ministero. Ci proponiamo di misurare su fascio la risoluzione, l’efficienza e la rate capability di questo sistema.
Inoltre, utilizzando le elevate competenze all’interno delle sezioni coinvolte e le sinergie con i run di produzione necessari per il tracciatore sottile, vogliamo studiare alcuni aspetti tecnologici che consideriamo importanti per l’uso di dispositivi innovativi a stato solido negli esperimenti di alte energie: studio della radiation hardness di dispositivi commerciali CMOS a 90 e 130 nm; studio dell’applicabilità di dispositivi a SiGe come stadio di ingresso di preamplificatori di carica a basso rumore; studio dell’applicabilità di dispositivi attivi integrati su substrato ad alta resistività (JFET, BJT) come stadio di prima amplificazione per rivelatori a strisce o per calorimetria a silicio.
Il progetto si basa sui dispositivi già sviluppati dai gruppi coinvolti nell’ambito di precedenti progetti PRIN finanziati dal MIUR: celle elementari e piccole matrici di pixel realizzati in tecnologia CMOS 0.13 a tripla well; dispositivi attivi JFET realizzati su substrato ad alta resistività. Nell’ambito di SLIM5 si vuole dimostrare l’utilizzabilità di tali dispositivi in un sistema di tracciatura, affrontando le problematiche di rivelazione ed amplificazione del segnale, costruzione di un trigger di traccia, costruzione di moduli di rivelazione con struttura meccanica e di raffreddamento a basso contenuto di materiale
Il progetto completo dell'esperimento e' in corso di preparazione e sarà reso disponibile sul sito http://www.pi.infn.it/slim5/
Workpackages del progetto:
1. MAPS ed elettronica di front-end.
Simulazione della raccolta di carico ed ottimizzazione della cella dei pixel
Sviluppo dello stadio di primo processamento del segnale per i rivelatori a pixel monolitici.
Sviluppo di una matrice di almeno qualche mm2 di pixel attivi in tecnologia 0.13 (ST o IBM) con una architettura di lettura interfacciabile alle memorie associative.
Sviluppo del processo di assottigliamento per i pixel
Studio del danno da radiazione e della applicabilità come elementi di front-end di dispositivi a 90 e 130nm, e di SiGe.
Studio degli esistenti chip di lettura delle strisce e sviluppo di un chip adatto alle strisce sottili.
2. Rivelatori su silicio ad alta resistitività
Sviluppo di un modulo sottile a singola o doppia faccia di grandi dimensioni con buon rapporto S/N. Possibili approcci:
a. Rivelatori singola faccia con JFET integrato come primo stadio di amplificazione, da realizzare su substrato tradizionale (200um) oppure su substrato epitassiale (50-100um).
b. Rivelatori doppia faccia 200um con lettura tradizionale
La lettura delle strisce verrà effettuata con chip di lettura esistenti.
Studio delle caratteristiche elettriche e dell’applicabilità dei rivelatori ad amplificazione interna BJT sviluppati nel progetto PRIN.
Ottimizzazione delle caratteristiche elettriche dei dispositivi JFET integrati su alta resistività per applicazione a rivelatori a strisce.
3. Trigger/DAQ
Sviluppo dell’elettronica di interfaccia tra pixel, strisce e sistema di memorie associative. Modifica alle schede di memorie associative in modo da ridurre la latenza del trigger e sviluppo del sw per effettuare il trigger di traccia nelle memorie associative.
Sviluppo del sistema di Data acquisition per il testbeam e del relativo sw.
4. Integrazione, meccanica e testbeam
Studio delle strutture meccaniche e di raffreddamento a basso budget di materiale per strisce e pixel.
Sviluppo del sistema di supporto meccanico di integrazione dei moduli di strisce e pixel per l’installazione su fascio.
Sviluppo dell’infrastruttura necessaria per il test su fascio: elettronica periferica, alimentatori, raffreddamento.
Sviluppo di un supporto meccanico per i dispositivi
|
| Capitolo | Descrizione | Ric. | Ric. sj | Ass. | Ass. sj | Ass. Dot. | Ant. | Ant. Dot. | Note all'assegnazione |
| interno | Riunioni Gr. V e riunioni interne alla collaborazione SLIM
| 2.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Missioni interne, viaggi a IRST o TS per BJT
| 1.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 3 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| estero | Partecipazione Conferenze (per 2 persone)
| 4.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Missioni a FNAL per collaborazione sulla parte digitale read-out maps con il gruppo di microelettronica: 1 mese
| 7.00 | 0.00 | 7.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Contatti con la ditta assottigliamento (IMEC, Belgio o equivalente): 0.5 mesi
| 3.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 14 | 0 | 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| consumo | Mantenimento/metabolismo Clean Room
| 5.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Materiale consumo (sostituzione CMOS probes attive, punte micromanip., materiali handling/cleaning)
| 4.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Sviluppo/test materiali per strutture meccaniche di supporto chip assottigliati
| 8.00 | 0.00 | 5.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Thinning chip (ditta IMEC - Belgio o equivalente)
| 10.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Componenti board per contatore basato su BJT e test boxes
| 1.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 28 | 0 | 11 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| SLIM5 | Totale | 45 | 0 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Capitolo | Descrizione | Ric. | Ric. sj | Ass. | Ass. sj | Ass. Dot. | Ant. | Ant. Dot. | Note all'assegnazione |
| interno | Riunioni di gruppo V, meeting della collaborazione italiana | 3.00 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| estero | Contatti con il gruppo di microelettronica del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia per la progettazione ed il layout di strutture di test digitali per il collaudo di tecniche di sparsificazione dei dati (1.5 mesi uomo) | 10.00 | 0.00 | 5.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Meeting relativi a tecnologie CMOS da 0.13 um con gruppi di microelettronica al CERN | 2.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 12 | 0 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| consumo | Metabolismo | 4.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Integrazione di strutture di test in tecnologia CMOS da 90 nm (dispositivi singoli, blocchi analogici per la lettura dei segnali da rivelatori a microstriscia sottili) | 12.00 | 0.00 | 6.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Integrazione di blocchi digitali in tecnologia CMOS da 0.13 um per il collaudo di architetture di sparsificazione dei dati per rivelatori MAPS | 24.00 | 0.00 | 0.0 | 24.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Licenza d'uso per pacchetto IC nanometer design di Mentor Graphics per simulazioni di circuiti a segnali misti | 1.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 41 | 0 | 6 | 24 | 0 | 0 | 0 | |
| inventario | Microposizionatore per test su rivelatori MAPS con sorgente laser | 2.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| SLIM5 | Totale | 58 | 0 | 12 | 24 | 0 | 0 | 0 | |
| Capitolo | Descrizione | Ric. | Ric. sj | Ass. | Ass. sj | Ass. Dot. | Ant. | Ant. Dot. | Note all'assegnazione |
| interno | Riunioni tecniche e di coordinamento.
| 2.00 | 0.00 | 1.5 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Partecipazione convegno internazionale da tenersi in Italia
(10th Pisa Meeting on Advanced Detectors, La Biodola, oppure 8th IWORID, Napoli). | 1.50 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 3.5 | 0 | 1.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| estero | Partecipazione 1 convegno internazionale (IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, San Diego, USA) | 2.50 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 2.5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| consumo | Metabolismo laboratorio di misura (componentistica elettronica, LED veloci, cavi, connettori, materiale vario per supporti meccanici, montaggio dispositivi). | 1.50 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Matrici di contatto a microaghi (probe-cards) per misure elettriche su probe-station automatica. | 1.50 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 3 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| SLIM5 | Totale | 9 | 0 | 4.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Sezione | Descrizione | Ric. | Ric. sj | Ass. | Ass. sj | Ass. Dot. | Ant. | Ant. Dot. | Note all'assegnazione |
| BO | Riunioni di Gruppo V, meeting della collaborazione italiana,
riunioni interne al WP3 | 4.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 4 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| PI | Riunioni Gr. V e riunioni interne alla collaborazione SLIM
| 2.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Missioni interne, viaggi a IRST o TS per BJT
| 1.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 3 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| PV | Riunioni di gruppo V, meeting della collaborazione italiana | 3.00 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TN | Riunioni tecniche e di coordinamento.
| 2.00 | 0.00 | 1.5 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Partecipazione convegno internazionale da tenersi in Italia
(10th Pisa Meeting on Advanced Detectors, La Biodola, oppure 8th IWORID, Napoli). | 1.50 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 3.5 | 0 | 1.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TO.Dot | - Contatti ditte 1kEuro
| 1.00 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| - 2 riunioni di collaborazione | 1.00 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 2 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TS | Riunioni di collaborazione e viaggi a Trento (IRST), conferenze | 3.00 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| SLIM5 | Totale | 18.5 | 0 | 9.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Sezione | Descrizione | Ric. | Ric. sj | Ass. | Ass. sj | Ass. Dot. | Ant. | Ant. Dot. | Note all'assegnazione |
| BO | Contatti con gruppi al Fermilab (o al CERN) per studio di soluzioni
già disponibili sul fronte DAQ con FPGA eventualmente riutilizzabili
nel
nostro esperimento | 5.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 5 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| PI | Partecipazione Conferenze (per 2 persone)
| 4.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Missioni a FNAL per collaborazione sulla parte digitale read-out maps con il gruppo di microelettronica: 1 mese
| 7.00 | 0.00 | 7.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Contatti con la ditta assottigliamento (IMEC, Belgio o equivalente): 0.5 mesi
| 3.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 14 | 0 | 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| PV | Contatti con il gruppo di microelettronica del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia per la progettazione ed il layout di strutture di test digitali per il collaudo di tecniche di sparsificazione dei dati (1.5 mesi uomo) | 10.00 | 0.00 | 5.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Meeting relativi a tecnologie CMOS da 0.13 um con gruppi di microelettronica al CERN | 2.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 12 | 0 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TN | Partecipazione 1 convegno internazionale (IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, San Diego, USA) | 2.50 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 2.5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TO.Dot | - 1 conferenza topica 2kE | 2.00 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TS | partecipazione a una conferenza | 2.00 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| SLIM5 | Totale | 37.5 | 0 | 17 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Sezione | Descrizione | Ric. | Ric. sj | Ass. | Ass. sj | Ass. Dot. | Ant. | Ant. Dot. | Note all'assegnazione |
| BO | Metabolismo | 2.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Software per programmazione FPGA | 2.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 4 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| PI | Mantenimento/metabolismo Clean Room
| 5.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Materiale consumo (sostituzione CMOS probes attive, punte micromanip., materiali handling/cleaning)
| 4.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Sviluppo/test materiali per strutture meccaniche di supporto chip assottigliati
| 8.00 | 0.00 | 5.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Thinning chip (ditta IMEC - Belgio o equivalente)
| 10.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Componenti board per contatore basato su BJT e test boxes
| 1.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 28 | 0 | 11 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| PV | Metabolismo | 4.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Integrazione di strutture di test in tecnologia CMOS da 90 nm (dispositivi singoli, blocchi analogici per la lettura dei segnali da rivelatori a microstriscia sottili) | 12.00 | 0.00 | 6.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Integrazione di blocchi digitali in tecnologia CMOS da 0.13 um per il collaudo di architetture di sparsificazione dei dati per rivelatori MAPS | 24.00 | 0.00 | 0.0 | 24.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Licenza d'uso per pacchetto IC nanometer design di Mentor Graphics per simulazioni di circuiti a segnali misti | 1.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 41 | 0 | 6 | 24 | 0 | 0 | 0 | |
| TN | Metabolismo laboratorio di misura (componentistica elettronica, LED veloci, cavi, connettori, materiale vario per supporti meccanici, montaggio dispositivi). | 1.50 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Matrici di contatto a microaghi (probe-cards) per misure elettriche su probe-station automatica. | 1.50 | 0.00 | 1.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 3 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TO.Dot | - acquisto campioni di compositi 10KE | 10.00 | 0.00 | 5.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| - acquisto di sensoristica per analisi stabilita' compositi 5KE | 5.00 | 0.00 | 2.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | |
| Totale | 15 | 0 | 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| TS | lotto BD2 rivelatori con BJT integrato: maschere fotolitografiche | 10.00 | 0.00 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 10.0 | |
| lotto BD2 rivelatori con BJT integrato: fabbricazione presso IRST | 36.00 | 0.00 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 36.0 | |
| circuiti e componenti per test | 3.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| metabolismo laboratorio | 2.00 | 0.00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| Totale | 51 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 46 | |
| SLIM5 | Totale | 142 | 0 | 28 | 24 | 0 | 0 | 46 | |