Responsabile Nazionale: Stefano Giulini Castiglioni Agosteo,

Dipartimento di Ingegneria Nucleare, Politecnico di Milano e INFN, Sezione di Milano.

Partecipanti

INFN-MI• Stefano Giulini Castiglioni Agosteo (PO, 50%), • Armando Foglio Para (PA, 30%),• Marco Caresana, (RU, 30%), • Andrea Pola (RU, 50%) • Alberto Fazzi (PA, 50%), • Vincenzo Varoli (PA,50%);

INFN-PD• Flavio Dal Corso (Tecn. INFN, 40%) responsabile locale• Franco Gonella (Tecn. INFN, 20%)• Matteo Pegoraro (Dir.Tecn., 20%)• Pierluigi Zotto (PA, 30%)

MI-PD MICRO-SI

MICRO-SI: SVILUPPO DI UN MICRODOSIMETRO AL SILICIO PORTATILE

Scopo dell’esperimento MICRO-SI Lo scopo dell’esperimento è la realizzazione di un microdosimetro al silicio portatile,

che permetta di effettuare la caratterizzazione di campi di radiazione nelle missioni spaziali, nella radioterapia e nella ricerca.

n+ (As)

n+ (P)

p+ (B) deep imp

~2 m

500 m

E stage

E stage

• Thin diode

• ST Microelectronics technology

• Charge collection

• Sensitive volume

Il microdosimetro è stato sviluppato dopo vari studi: SID (con cui il gruppo di Padova ha collaborato nel 2001-2002), SISP (con una breve collaborazione nel 2003) e FAR14 (in ambito MIUR).

Rivelatore

The 1 mm2 detector

Front view

0 20 40 60 80 100 120 140 160

V E [V ]

0

5E-011

1E-010

I p+ [A

]

D 1 m m 2: I-V o f the E stage

0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16

V p+ [V ]

0

-2E-011

-4E-011

-6E-011

-8E-011

-1E-010

-1.2E-010

I [A

]

DeltaE(N + R ing @ G N D )

N + R ing(D eltaE @ G N D )

D 1 m m 2: I-V o f the D e ltaE stage

0 20 40 60 80 100 120 140 160

V E [V ]

0

2E-012

4E-012

6E-012

8E-012

1E-011

1.2E -011

Cp [F

]

D 1 m m 2: C -V o f the E stage

0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16

V p+ [V ]

0

1E-010

2E-010

3E-010

Cp [F

]

DeltaE(N + R ing @ G N D )

N + R ing(D eltaE @ G N D )

D 1 m m 2: C -V o f the D e ltaE stage

IΔE = 40 pA

CΔE = 170 pF CE = 2 pF

IE = 60 pA

ΔE stage

E stage

Impegni di Padova

1. Risposta dei rivelatori micrometrici ad adroni carichia. Costruzione di una camera di irraggiamento sotto vuoto (2008)b. Adattamento elettronica di lettura correnti (riutilizzata dal Radiation Monitor di

ZEUS - Padova) e messa a punto della camera di irraggiamento (2009-10)c. Misure al Van De Graaff CN del LNL (2010-11)

Le misure di risposta dei rivelatori all’irraggiamento sono state completate entro la primavera del 2011

2. Disegno dell’elettronica di read-out integrato del Microdosimetro a. Studio di fattibilità di amplificatore integrato (2008). b. Produzione prototipo a componenti discreti e definizione specifiche per versione

ASIC (2009-10)c. Produzione I prototipo in tecnologia CMOS 0.35µ AMS con un run MPW

EuroPractice (fine 2010). Prototipo prodotto e testato al banco (Q1 2011)

d. Produzione secondo prototipo ASIC a fine 2011 e test nel 2012.e. Ingegnerizzazione entro 2012.

Ritardi dovuti a fermo macchine del CN e disguido burocratico nell’assegnazione fondi 2011

• La camera di irraggiamento sotto vuoto è stata costruita nel 2008.

• I pochi test eseguiti nel 2009 (a causa fermo del CN e problemi al nostro sistema di acquisizione) sono serviti alla messa a punto della camera.

• Le misure di irraggiamento sono state eseguite dal maggio 2010 a marzo 2011

1. Risposta dei rivelatori micrometrici ad adroni carichi

Crociera di allineamento

C3 C2 C1

C4

Crociera di allineamento

Rivelatore

Misure di tolleranza all’irraggiamento.

• Le misure di tolleranza all’irraggiamento sono state completate entro marzo 2011

• Sono stati irraggiati 4 rivelatori:

1.1 Misure alla camera di irraggiamento

Comportamento delle correnti di leakage dei due stadi in funzione della dose

1.1 Misure alla camera di irraggiamento

Caratteristica IV dello stadio E a diverse dosi di irraggiamento

1.1 Misure alla camera di irraggiamento

Caratteristica IV dello stadio ΔE a diverse dosi di irraggiamento

1.1 Misure alla camera di irraggiamento

Confronto tra diversi rivelatori del danno da radiazione sullo stadio E

La sottomissione del primo prototipo dell’ASIC di frontend è stata fatta il 30 agosto 2010, in tecnologia CMOS 0.35µ AMS con un run MPW EuroPractice.

2. L’amplificatore integrato.

Struttura a blocchi dell’amplificatore integrato di read-out del microdosimetro

Prestazioni al rumore del prototipo. Le prestazioni di rumore serie (2.2 e/pF) sono quasi al valore di proposta (2 e/pF), mentre il rumore parallelo è nettamente peggiore (350 e contro 100 e)

2.1. Test sul prototipo di amplificatore integrato.

2.1. Test sul prototipo di amplificatore integrato.

Range dinamico del prototipo. Con errore entro l’1% l’amplificatore rileva protoni fino a 6 MeV e alpha fino a 4 MeV

Motivazioni.

1. Il CN ha subito un arresto da marzo a giugno 2011 che ha impedito il test dell’amplificatore connesso al rivelatore

2. All’inizio dell’anno ci sono stati problemi di assegnazione dei fondi, risolti solo a giugno 2011.

Di conseguenza è stata persa la scadenza del 1 luglio per la sottomissione ad EuroPractice della II versione del prototipo.La prossima occasione per una nuova sottomissione è a novembre 2011, e i chip saranno consegnati a febbraio-marzo 2012.

Proposta

• Test al banco e su fascio dell’amplificatore nel I semestre 2012

• Produzione scheda con elettronica accessoria di read-out (ADC, memoria, alimentazione rivelatori, interfaccia USB) nel II semestre 2012.

3. Richiesta di prolungamento per il 2012.

Richieste finanziarie 2011

Materiale inventariabile 0

Consumo 1 schede di test: 2 K€

1 schede completa di read-out: 7 K€9.0

Trasferte interne 1.0

Totali 10.0

Richieste ai servizi 2011

OE: sviluppo schede e software acquisizione (Labview) 6 mu