Figura 1: Prototipo VAL-2 con una sección simulada mostrando la espina.
CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE MODULO DE DETECTORES DE SILICIO PARA EL DETECTOR ATLAS
F. Albiol1, J. Bernabéu1, F. Campabadal2, R. Carrasco1, M. J. Costa1, J. Fuster1, C. García1, F. González1, U. Jost1, C. Martínez2, P. Modesto1, A. Moreno2, M. Lozano2, R. Rodríguez1, E. Ros1, J. Salt1, J. Sánchez1, J. Santander2, L. Sospedra1, M. Ullán2, M. Vos1
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IFIC (Centro mixto Univ. de València-CSIC), Avda. Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot (Valencia)2
Instituto de Microelectrónica de Barcelona, Campus Universidad Autómona, Bellaterra, Barcelona
Introducción
El Grupo SCT[1] del IFIC está encargado de la construcción de 220 módulos para la parte frontal del subdetector "Silicon Tracker" (SCT) del detector ATLAS[2] actualmente en fase de construcción en el CERN (Ginebra). Cada módulo contiene detectores de microbandas de silicio y esta equipado con la electrónica de lectura correspondiente. En el presente trabajo se describe la construcción de un prototipo de módulo, denominado VAL-2, cuyo objetivo último es poner a punto las técnicas que permitan en el futuro la producción de los módulos, una vez ultimado el diseño de los mismos. Se presenta el procedimiento empleado para el montaje del prototipo.
Figura 1: Prototipo VAL-2 con una sección simulada mostrando la espina.
El prototipo VAL-2
El prototipo (figura 1) consta de cuatro detectores de una cara de microbandas de silicio de tipo n+n separadas 80 micras pegados dos a dos sobre una espina central de AlN y TPG con forma de cruz de dos brazos. Los detectores de la cara superior están girados 40 mrad con respecto a la inferior para poder obtener información de la posición del paso de la partícula en los ejes longitudinal y transversal. La electrónica de lectura consta de chips denominados ABCD de tecnología BiCMOS resistente a la radiación que se ensamblan sobre un hibrido de BeO que es pegado solidariamente con la estructura del módulo. El prototipo contiene una superficie activa de detección de 6x12 cm2 en cada cara.
Construcción
Los detectores son caracterizados individualmente en la estación de pruebas[3]. Se obtienen las curvas de corriente de fugas y capacitancia en función del voltaje de polarización aplicado. Con ellas, de los seis detectores disponibles, se han seleccionado los cuatro que tienen mejores propiedades y que cumplen con las especificaciones de ATLAS.
Sobre el híbrido se pegan cuatro adaptadores de vidrio cuya finalidad es ajustar la separación diferente entre los puntos de microsoldadura de los detectores y de los chips de lectura. Más tarde, se procede al pegado de doce chips ABCD sobre el híbrido de BeO., seis por cada cara. Una vez pegados se microsueldan y se caracterizan[4].
La espina que da soporte a los detectores y que forma el cuerpo del prototipo está formada por seis piezas de AlN y una de TPG. El mástil de la cruz esta formado por un rectángulo de TPG y las cruces por AlN para proporcionar una mayor rigidez mecánica. Se pegan primero las piezas de AlN y más tarde se unen al TPG, controlando cuidadosamente el grosor del conjunto que ha de ser de 500
mm con una tolerancia de ± 15mm.La espina ya construida se une al híbrido ya probado. En la parte más cercana a éste, se pega el primer detector que une solidariamente el conjunto. Se añade el otro detector de la misma cara. y luego los otros dos de la cara opuesta girándolos 40 mrad. Entonces se microsueldan entre ellos y a la electrónica de lectura. Durante las distintas fases de construcción se comprueba que las características de los detectores no se han visto mermadas durante la manipulación y pegado.
Una vez construido se vuelve a caracterizar tanto la electrónica como los detectores y se comprueba su funcionamiento con una fuente
b en el laboratorio.[5]Estado actual
La espina y el híbrido están completamente construidos y comprobados y se va a proceder en breve al pegado de los detectores que ya han sido caracterizados. Una vez comprobado su funcionamiento en el laboratorio se procederá a introducirlo en un haz de piones en el acelerador SPS del CERN como se ha hecho ya en ocasiones anteriores.[6] Se persigue ganar experiencia y cuantificar los procesos necesarios en coste y tiempo para su fabricación en serie.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la CICYT con el proyecto AEN97-1712-C02-01 y el Programa de Cooperación Científica y Tecnológica entre España y EEUU.
Bibliografía
[1] Grupo SCT del IFIC: http://ific.uv.es/sct
[2] ATLAS Collaboration: Inner Detector Technical Design Report. CERN/LHCC/97-17
[3] R. Carrasco, M. J. Costa, U. Jost: Caracterización eléctrica de detectores de microbandas de silicio para el detector ATLAS. Presentación en esta misma bienal.
[4] J. Bernabéu, F. González, J. Sánchez: Caracterización de la electrónica de lectura de los detectores de silicio del experimento ATLAS. Presentación en esta misma bienal.
[5] J. Bernabéu, R. Carrasco, J. Sánchez, M. Vos: Caracterización mediante una fuente radiactiva de detectores de silicio para el detector ATLAS. Presentación en esta bienal.
[6] J. Bernabéu, M. J. Costa, J. Sanchez, M. Vos: Caracterización en un haz de partículas de detectores de silicio para el detector ATLAS. Presentación en esta misma bienal.