S 2 DEL - Solid State and Diamond Electronics Lab ROMA TRE 1/11 Rivelatori in diamante per imaging...

S2DEL - Solid State and Diamond Electronics Lab

ROMATRE

1/11

Rivelatori in diamante per imaging di sorgenti UV e X

S2DEL – Solid State and Diamond Electronics LabDip. di Fisica “Edoardo Amaldi” – Roma Tre Università degli Studi

Marco Girolami


ROMATRE

2/11Imaging di sorgenti UV e X

Obiettivo: monitorare in tempo reale la forma e l’intensità del fascio

• Tecniche microanalitiche (EXMA, XPS, XRD, XRF)

• Radiografia industriale

• Diagnostica medica e radioterapia

• litografia circuiti integrati VLSI-ULSI e dispositivi MEMS

• chirurgia oculistica rifrattiva (LASIK)

• UV imaging in riflessione

UV

Raggi X


ROMATRE

3/11Stato dell’arte: profilometri in silicio

Matrici CCD per imaging di sorgenti UV e X:

PROs: • tecnologia collaudata

• buona Q.E. in matrici back-thinned

• rivelatori di grande area

CONs: • danni da radiazione

• forte assorbimento VIS-IR

• fragilità, ingombro, costo elevato

Necessaria la presenza di:

• attenuatori per impedire danni da radiazione

• sistemi ottici per massimizzare la discriminazione UV-VIS

Esempio di sistema

commerciale per imaging UV


ROMATRE

4/11Perché il diamante?

Il diamante è un materiale d’elezione per la realizzazione di rivelatori per sorgenti X ed UV di elevata intensità, grazie ad una serie di proprietà chimico-fisiche di estremo interesse:

• è chimicamente inerte• ha la più alta energia di coesione (7.45 eV/atom)• è insensibile al danno da radiazione• è trasparente nelle regioni spettrali VIS e IR• ha un’ampia gap (5.45 eV)• ha una bassa conducibilità elettrica (< 10-15 S/cm)• ha la più alta conducibilità termica (22 Wcm-1K-1)

Assenza di attenuatori e/o

filtri fra sorgente e rivelatore


ROMATRE

5/11Principio di funzionamento dei rivelatori a matrice


ROMATRE

6/11Rivelatore multipixel per imaging 2D


ROMATRE

7/11

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

5.25 mm

Centroide: ( 1.29 , 3.66 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

5.50 mm

Centroide: ( 1.36 , 3.67 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

5.75 mm

Centroide: ( 1.49 , 3.69 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

6.00 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 1.69 , 3.68 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

6.25 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 2.02 , 3.76 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

6.50 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 2.40 , 3.72 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

6.75 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 2.82 , 3.78 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

7.00 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 3.25 , 3.74 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

7.25 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 3.66 , 3.78 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

7.50 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 4.11 , 3.78 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

7.75 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 4.49 , 3.78 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

8.00 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 4.94 , 3.77 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

8.50 mm

Centroide: ( 5.57 , 3.60 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

8.75 mm

Centroide: ( 5.71 , 3.59 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

9.00 mm

Centroide: ( 5.70 , 3.56 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

8.25 mm

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

Centroide: ( 5.33 , 3.70 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

0125000250000375000500000625000750000875000

1000000

875000-1000000

750000-875000

625000-750000

500000-625000

375000-500000

250000-375000

125000-250000

0-125000

buio

Centroide: ( 3.51 , 3.54 )

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

01E+05

3E+05

4E+05

5E+05

6E+05

8E+05

9E+05

1E+06

posizione pixel

Evoluzione temporale profilo lampada UV (32 canali)

Deuterium 10 μW, 220 nm


ROMATRE

8/11

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

Profilo 2D laser a eccimeri ArF 193 nm (32 canali)

12

3 45 6

S1

S2

S3

S4

S5

S6

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

1 2 3 4 5 6S1

S2

S3

S4

S5

S6

12

34

56

S1

S2

S3

S4

S5

S6

Shutter chiuso Singolo impulso “Ghost peak”

Monitoraggio in tempo reale dei singoli impulsi laser


ROMATRE

9/11Profilo 2D di fascio di raggi X

Tubo di Coolidge:

• target in Mo (Kα = 17.48 keV, Kβ =19.6 keV)

• V = 45 kV

• I = 1.1 mA

• spot-size 3 mm

Traslazione fascio lungo

l’asse X


ROMATRE

10/11Profilo 2D di fascio di raggi X

Traslazione fascio lungo

l’asse Z

Il fascio diverge all’aumentare della

distanza dalla sorgente


ROMATRE

11/11

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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