Федеральная целевая программа

<Номер соглашения>
<Номер постера>
Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Индустрия наносистем
Тема: Создание гибридных пиксельных детекторов большой площади на основе сенсоров из модифицированного арсенида
галлия GaAs:Cr и микросхем считывания Medipix3RX для источников синхротронного излучения и источников нейтронов
Руководитель проекта: ведущий научный сотрудник
Соглашение 14.618.21.0001
на период 2014 - 2017 гг.
Шелков Георгий Александрович
Получатель субсидии: Объединенный институт ядерных исследований
Цели и задачи проекта
Целью разработки является создание прототипа гибридных пиксельных детекторов большой площади Double-HEXA на основе сенсоров из
модифицированного арсенида галлия GaAs:Cr и микросхем считывания Medipix3RX, работающих в режиме счета отдельных фотонов.
Разрабатываемые детекторы предназначены для использования в качестве измерительных станций на источниках синхротронного
излучения и источниках нейтронов для детектирования синхротронного и нейтронного излучения и получения рентгенографических и
нейтроно-графических изображений.
Ожидаемые результаты проекта
Площадь чувствительной поверхности детекторов составит 84х28 мм2 с общим размером матрицы 1536х512 пикселей при размере пикселя 55х55 мкм2. Энергетическое разрешение детекторов по порогу будет лучше
1 кэВ в области 10-100 кэВ. Детекторы будут иметь малый размер нечувствительной области на краю сенсорной пластины - не более 50 мкм, что позволит использовать подобные детекторы в качестве элементов
детектирующих систем произвольно большой площади. В ходе создания прототипа Double-HEXA планируется создание гибридных пиксельных детекторов большой площади HEXA размером 42х28 мм2 с матрицей
768х512 пикселей для отработки отдельных технологических операций.
В ходе выполнения работ будут изготовлены и протестированы несколько десятков монолитных пластин диаметром 76 мм и 102 мм из модифицированного арсенида галлия GaAs:Cr. Будет разработана технология
разделения пластин из арсенида галлия на кристаллы размером 42x28 мм2 и 85x28 мм2 с узкой нечувствительной областью. Будут разработаны технологические решения для соединения методом микропайки
сенсорных пластин из арсенида галлия размером 42x28 мм2 и 84х28 мм2 с узкой нечувствительной областью, соответственно, с шестью и двенадцатью микросхемами считывания Medipix3RX и получения, таким
образом, прототипов гибридных пиксельных детекторов HEXA и Double-HEXA.
Перспективы практического использования
Разрабатываемые гибридные пиксельные детекторы большой площади могут применяться для регистрации фотонов и нейтронов и получения изображений высокого качества при проведении исследований на
источниках синхротронного и нейтронного излучения методами рентгено- и нейтронографии, малоуглового рентгеновского рассеяния и малоуглового рассеяния нейтронов, дифракционной когерентной рентгеновской
микроскопии и когерентной дифракции нейтронов. Данные методы находят широкое применение для получения информации об атомной и магнитной структуре огромного числа материалов: начиная от простых
монокристаллов и жидкостей, и заканчивая белковыми макромолекулами, дисперсными системами и нанокомпозитами. Гибридные пиксельные детекторы большой площади также находят применение в спектральной
компьютерной томографии.
В сравнении с детекторами, используемыми в настоящее время на источниках синхротронного и нейтронного излучения в РФ, гибридные пиксельные детекторы на основе модифицированного арсенида галлия и
микросхемы Medipix3RX имеют высокое пространственное разрешение, гораздо более низкий уровень шума, высокое быстродействие, повышенную радиационную стойкость, возможность измерения энергии
отдельного фотона.
1см
1мм
Рентгеновский снимок высокого
разрешения черепа мыши
3D-реконструкция атеросклеротической бляшки,
полученная методом компьютерной томографии
Дифракционная картина от порошка оксида церия, полученная за 1 миллисекунду
измерений
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
-
Создан и запущен в эксплуатацию испытательный стенд на основе зондовой станции для изучения свойств полупроводниковых материалов.
-
Разработаны программы и методики экспериментальных исследований сенсорных пластин из модифицированного арсенида галлия GaAs:Cr.
-
Соисполнителем проекта произведены 40 монолитных пластин диаметром 76 мм из GaAs:Cr, их характеристики были измерены и признаны
удовлетворяющими условия технического задания.
-
Изготовлено 40 сенсорных пластин из GaAs:Cr типоразмера HEXA из ранее изготовленных и протестированных монолитных пластин.
-
До конца 2015 года будет проводиться тестирование и измерение свойств всех 40 сенсорных пластин типоразмера HEXA.
Испытательный стенд на основе зондовой станции для
изучения свойств полупроводниковых материалов
Сенсорная пластина типоразмера HEXA из
GaAs:Cr в транспортировочной упаковке
Типичная вольт-амперная характеристика
для пластины из GaAs:Cr
Типичные вольт-фарадные характеристики на
сигналах разной частоты для пластины из GaAs:Cr
Партнеры проекта
Зарубежные партнёры (внебюджетное финансирование):
- Германский электронный синхротрон, DESY (г. Гамбург, ФРГ): разработка блока высокоскоростной электроники считывания,
- Фрайбургский университет имени Альберта и Людвига, FMF (г. Фрайбург, ФРГ): соединение методом микропайки сенсоров из GaAs:Cr и микросхем Medipix3RX,
- Технологический институт Карлсруэ, KIT (г. Карлсруэ, ФРГ): тестирование сборок гибридных детекторов.
Соисполнитель:
- Томский государственный университет: производство сенсоров из GaAs:Cr.
14.618.21.0001
<Номер постера>