(a cura del responsabile nazionale)

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1 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Rapp. Naz.: Mara Bruzzi Rappresentante nazionale: di appartenenza: Posizione nell'i.n.f.n.: Mara Bruzzi FI INFORMAZIONI GENERALI Sviluppo di rivelatori al silicio per altissimi flussi di radiazioni Linea di ricerca Laboratorio ove si raccolgono i dati Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio SMART Acceleratore usato Fascio (sigla e caratteristiche) Elettroni da 1 GeV (Trieste) protoni da 24GeV/c (CERN) neutroni da reattore (Ljubljana) Ioni Li 58MeV (Legnaro) Processo fisico studiato Danno da radiazione su dispositivi al silicio realizzati su substrati standard e ossigenati Apparato strumentale utilizzato Sezioni partecipanti all'esperimento BA, FI, PE, PI Istituzioni esterne all'ente partecipanti ITC/IRST (Trento) INFN Padova INFN Trieste Durata esperimento 3 anni Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale)

2 BA Resp. loc.: Donato Creanza VOCI DI SPESA PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 IMPORTI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Totale Compet. SJ di cui SJ Riunioni collaborazione + trasferte in altri laboratori 6,0 6,0 In KEuro A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale Trasferte per irraggiamenti + workshop 8,0 8,0 Probe cards, schedine di elettronica custom, punte per micromanipolatori, azoto, cavi elettrici 6,0 6,0 Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro Micromanipolatori da probe station di alta qualità (bassa impedenza) 5,0 5,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 Totale di cui SJ 25,0 0,0

3 FI Resp. loc.: Mara Bruzzi VOCI DI SPESA PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 DESCRIZIONE DELLA SPESA Riunioni collaborazione trasferte in altri laboratori per msiure ed elaborazione dati IMPORTI Parziali Totale Compet. SJ di cui SJ 2,0 3,0 5,0 In KEuro A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale Attivita spokesperson RD50 Trasferte per irraggiamenti 10,0 5,0 15,0 He ed azoto liquidi per misure TSC/DLTS Acquisto ibridi elettronica front end per misure CCE microstrip Materiale per misure criogeniche processo strutture di test radiation hard ottimizzate 4,0 5,0 1,0 33,0 43,0 33,0 Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 Totale di cui SJ 63,0 33,0

4 PG Resp. loc.: Giorgio Umberto Pignatel VOCI DI SPESA PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 DESCRIZIONE DELLA SPESA Soggiorno presso altri laboratori di SMART per confronto dati sperimentali con simulazioni ed elaborazione modello del danno da radiazione in materiale ossigenato. Riunioni di collaborazione IMPORTI Parziali Totale Compet. SJ di cui SJ 4,0 4,0 In KEuro A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale Confronti misure in laboratori esteri + Partecipazione a RD50 + workshop. 5,0 5,0 Metabolismo di laboratorio. Accessori per PC 2,0 2,0 Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro Quota parziale di licenza d'uso annuale EUROPRACTICE. 2,0 2,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 Totale di cui SJ 13,0 0,0

5 PI Resp. loc.: A. Messineo VOCI DI SPESA PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 DESCRIZIONE DELLA SPESA Contatti cone le ditte IRST(Trento), STMicroelectronics(Catania) per la produzione di sensori. Irraggiamenti a Padova/Legnaro. Riunioni della collaborazione SMART in italia IMPORTI Parziali Totale Compet. SJ di cui SJ 4,0 4,0 In KEuro A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale Irraggiamenti al CERN, PSI Villigen, Karlsruhe, Ljubljana. Confronto con gruppi di RD50: Atlas (Liverpool, CERN). Partecipazione al progetto Full Detector System di RD50 Partecipazione del responsabile locale come membro alle riunioni del Collaboration Board di RD50 Partecipazione a workshop e conferenze sul danno da radiazione di semiconduttori 4,0 2,0 4,0 10,0 Metabolismo di laboratorio per la gestione di : apparati/strumenti di misura, strutture irraggiate, probes (T,RH), punte, cavi a bassa imp., adattatori TRX/BNC Quote per licenze software di simulazione e progettazione dispositivi a semiconduttore : Dessis, Mentor, Europractice 4,0 2,0 6,0 trasporto di strutture irraggiate/attivate (da laboratori di irraggiamento alla sede di Pisa) a Temperatura controllata secondo norme vigenti 4,0 4,0 4,0 Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro Chuck per test sensori su wafer da 6 inch, Manipolatori da usare a bassa Temperatura, strumento di misura Keithley per bias in irraggiamenti (elettrometro/source meter) 15,0 15,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 Totale di cui SJ 39,0 4,0

6 BA Resp. loc.: Donato Creanza ALLEGATO MODELLO EC2 Caratterizzazione macroscopica delle strutture di test irraggiate (I V, C V, C freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce, raccolta di carica, rumore) al fine di valutare il danno da radiazione. Confronto fra materiale standard (silicio FZ) e MCz. Le misure di raccolta di carica (con sistema laser e/o con particelle alfa/beta, da realizzare) e rumore saranno realizzate con l'elettronica ed i sistemi di acquisizione utilizzati per il tracker di CMS. In seguito ad irraggiamenti ad alte fluenze le correnti nei rivelatori possono superare i limiti degli strumenti di misura. Sarà quindi necessario dotare le stazioni di misura già esistenti di un sistema di raffreddamento e di isolamento del chuck. Studi di annealing su strutture di test e rivelatori a microstrisce irraggiati con protoni e neutroni di diverse energie Studio dell'impatto della fluenza e dell'orientazione del cristallo sulla capacità interstrip e sul Noise di rivelatori a microstrisce. Realizzazione (estate 2004) di dispositivi n on p con stessa geometria scelta per la produzione 2003/04 (dispositivi p on n). Caratterizzazione macroscopica prima dell irraggiamento di diodi, strutture di test e rivelatori a microstrisce (I V, C V, C freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce) realizzati su silicio FZ standard ed MCz n on p nel corso del 2004 (secondo run di produzione) presso l IRST di Trento, anche al fine di controllare la qualità dei differenti processi di produzione implementati. Continuazione della campagna di rraggiamento con protoni e neutroni delle nuove strutture di test e sensori a microstrisce realizzati su silicio tipo n e p FZ standard ed ossigenato, wafer sottili, spessi, epitassiali, MCz nel corso del Progettazione di strutture di test radiation hard sulla base dei risultati ottenuti sui campioni della produzione 2003/04. Mod EC./EN. 2a Pagina 1

7 BA Resp. loc.: Donato Creanza ALLEGATO MODELLO EC2 Mod EC./EN. 2a Pagina 2

8 FI Resp. loc.: Mara Bruzzi ALLEGATO MODELLO EC2 Mod EC./EN. 2a Pagina 1

9 FI Resp. loc.: Mara Bruzzi ALLEGATO MODELLO EC2 Mod EC./EN. 2a Pagina 2

10 1. Attività svolta dall'esperimento SMART fino a luglio 2004 a Firenze - Partecipazione alla produzione di strutture di test radiation hard (a) E stata ultimata la realizzazione presso IRST di un nuovo set di strutture di test radiation hard, per complessivi 22 wafers 4 con Si tipo n Czochralski (CZ), Float Zone (FZ), Czochralski magnetico (MCZ), epitassiale (50µm). Le strutture di test sono state prodotte differenziando il processo per valutare l effetto della temperatura su substrati di silicio aventi diverso contenuto di ossigeno. Su 2 wafer MCZ e stato effettuato il processo di Thermal Donor Killing per verificare l effetto di disattivazione dei donori termici, che comporta un incremento della resistività del materiale. (b) Acquisizione wafers di Si ossigenato tipo MCZ p-type. Misure recenti condotte all interno di RD50 hanno infatti mostrato che la carica raccolta con rivelatori baby microstrip ottenuti con materiale p- type ossigenato FZ, a fluenze di protoni 24GeV fino a 7x10 15 cm -2, misurata con elettronica di readout a 40MHz (ATLAS) risulta 6500e ( misurata a 900V), circa 2 volte superiore a quella prevista con le simulazioni effettuate finora con materiale tipo n. Sensori irraggiati tipo n + p con materiale MCZ non presentano il problema dell inversione di tipo, e dovrebbero mostrare l effetto benefico dovuto all arricchimento naturale in ossigeno del materiale CZ rispetto al FZ. (c) In netto anticipo sulle milestones previste per l esperimento, e attualmente in corso di produzione presso IRST-Trento un nuovo set di strutture n + p utilizzando le stesse maschere utilizzate per il set di strutture p + n. Per assicurare l'isolamento tra i dispositivi, nel processo è stato implementato un impianto tipo p-spray. Irraggiamento delle nuove strutture di test in collaborazione con le altre sezioni La sezione ha partecipato al primo run di irraggiamento con protoni di 24GeV (CERN) per fluenze fino a cm -2 con alcuni dispositivi MCZ, CZ, FZ, epitassiali. Altri irraggiamenti sono previsti a Ljubljana ( neutroni da reattore ) in luglio, al CERN con protoni da 24GeV ad ottobre. Caratterizzazione delle nuove strutture di test E' in corso a Firenze la caratterizzazione macroscopica di strutture di test realizzati su silicio FZ standard ed MCz p-on-n nel corso del 2004 (primo run di produzione) E' stata misurata l efficienza di raccolta di carica in rivelatori a singolo pad assottigliati a 50µm e 100µm con sorgente 90 Sr e sistema a basso rumore. La carica raccolta e risultata in accordo con il modello Landau Bichsel. Alcuni rivelatori sottili sono stati irraggiati con ioni Li da 58MeV a Padova, altri sensori sottili sono stati irraggiati con cm -2 di protoni da 24GeV in giugno. Le misure di raccolta di carica sui rivelatori irraggiati sono in corso e saranno concluse entro settembre. Entro ottobre verra anche effettuato il confronto con misure CCE effettuate sui rivelatori epitassiali di stesso spessore. Correlazione tra danno macroscopico e disordine reticolare indotto da radiazione E' stato completato lo studio dei difetti diversi dal drogaggio nominale, sia caratteristici del materiale, che indotti dal processo o dalla radiazione su FZ e DOFZ, e' attualmente in corso lo studio su materiale

11 CZ. In particolare, si vuole determinare la presenza di livelli dovuti ad aggregati di ossigeno (Thermal Donors: TDs) in relazione al materiale ed al processo utilizzato, si vuole inoltre definire il loro ruolo nel meccanismo del radiation damage prima e dopo l irraggiamento. Allo stato attuale si e' verificata la soppressione dei livelli associati ai TDs nel materiale in cui e' stato effettuato il processo del Thermal Donor Killing. Articoli in corso di pubblicazione nel 2004 a cui partecipa Firenze 1. M. Boscardin, M. Bruzzi, A. Candelori, G. Dalla Betta E. Focardi, V. Khomenkov, C. Piemonte, S. Ronchin, C. Tosi, N. Zorzi, Analysis of the Radiation Hardness and Charge Collection Efficiency of Thinned Silicon Diodes, accepted for presentation at NSS-IEEE 2004, Rome, October D. Menichelli, M. Scaringella, M. Bruzzi, E. Fretwurst, I. Pintilie, Anomalous current transients related to defect discharge in irradiated silicon diodes, submitted to Phys. Rev. B 3. M. Scaringella, M. Bruzzi, D. Menichelli, A. Candelori, R. Rando, Defect Characterisation in Si detectors irradiated with Li ions accepted for oral presentation at NSS-IEEE 2004, Rome, October M. Bruzzi for the RD50 Collaboration, radiation tolerant materials for semiconductor tracking detectors at SuperLHC, submitted to NIM A. 2. Programma di ricerca di SMART Firenze per il 2005 Continua l irraggiamento con protoni (CERN) e neutroni (Ljubljana) delle nuove strutture di test e sensori a microstrisce realizzati su silicio tipo n e p realizzati nel corso del Si richiede un contributo di missione estere per poter partecipare agli irraggiamenti fuori sede. Caratterizzazione macroscopica sistematica delle strutture di test irraggiate (I-V, C-V, C-freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce, raccolta di carica, rumore) al fine di valutare il danno da radiazione. Confronto fra materiale standard (silicio FZ) e MCz. Per ora, le misure di raccolta di carica sono effettuate con un sistema a singolo diodo e shaping time di 2us. Per utilizzare il sistema per microstrip di CMS (40MHz) e' necessario implementare il nostro sistema con l'elettronica di readout utilizzata per il tracker di CMS. E' richiesto un finanziamento per acquisto ibridi per approntare l'elettronica di read-out. E' necessario un finanziamento in materiale di consumo per ottimizzare il sistema di misura di raccolta di carica che, per le fluenze di irraggiamento in studio, deve operare a - 20C ed in flusso controllato di azoto per evitare condensa sul campione e sull'elettronica. Continuera' la caratterizzazione dei rivelatori sottili prodotti da IRST-Trento in termini di charge collection efficiency prima e dopo l'irraggiamento con adroni veloci per fluenze fino a cm -2 : nel 2005 si misureranno campioni sottili con bassa resistivita' al fine di ottimizzarne la radiation hardness ad alta fluenza. Studio dei difetti e la correlazione con il danno macroscopico nel Si CZ ed epitassiale e confronto con i risultati gia ottenuti con FZ e DOFZ Si. Sezioni coinvolte: Tutte Si concluderanno le misure sul disordine microscopico su materiale CZ n e p-type. Per questo si richiede nel consumo un finanziamento per liquidi criogenici. Si effettuera' un confronto finale del danno da radiazione in tutti i materiali studiati (FZ, DOFZ e MCZ) sulla base dei risultati ottenuti.

12 Sulla base dei dati raccolti con la campagna di misure sulle strutture di test irraggiate tutte le sezioni procederanno alla progettazione di un set di rivelatori ottimizzati radiation-hard e quindi, si valutera' in corso d'anno all'opportunita' di effettuare un processo per rivelatori ottimizzati radiation hard ( richiesta Sub-Judice di 33KEuro). La possibilita' di sfruttare il materiale CZ permette di utilizzare fette da 6" (acquisibili da Okmetic, Finland) per il processo finale. Sono richiesti fondi per missioni interne per esigenze di collaborazione con le ditte produttrici e con gli altri gruppi italiani partecipanti a SMART (irraggiamenti, inter-confronto di misure macroscopiche e dei risultati sperimentali e di simulazione del danno microscopico). Nelle spese di missione estera e' inserito il contributo richiesto per il coordinamento di RD50 (attivita' di spokesperson).

13 PG Resp. loc.: Giorgio Umberto Pignatel ALLEGATO MODELLO EC2 Quota parziale di affitto / manutenzione EUROPRACTICE (2.000,00 Euro): l'anno precedente sono stati assegnati su questa voce 1.500,00 Euro, che non sono bastati per pagare la quota comprensiva di IVA (1.640,00 Euro nel 2004). In previsione di un probabile incremento della spesa, si richiede un contributo effettivamente sufficiente a coprire l'intera quota. Mod EC./EN. 2a Pagina 1

14 PG Resp. loc.: Giorgio Umberto Pignatel ALLEGATO MODELLO EC2 Mod EC./EN. 2a Pagina 2

15 PI Resp. loc.: A. Messineo ALLEGATO MODELLO EC2 Progettazione e realizzazione disegni per strutture di test radiation hard per wafer da silicio standard ed ossigenato, wafer sottili, spessi, epitassiali, MCz sulla base dei risultati ottenuti sui campioni della produzione 2003/2004 Estensione della tecnologia del processo radiation hard su wafer a 6inch. Sviluppo di maschere e processo con le industrie IRST ed STMicroelectronics. Caratterizzazione macroscopica di diodi, strutture di test e rivelatori a microstrisce (I V, C V, C freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce) realizzati nei runs di pre produzione (2003/2004) presso l IRST di Trento, al fine di valutare la qualità di differenti processi di produzione. Caratterizzazione dei rivelatori sottili prodotti da IRST Trento e confronto con rivelatori prodotti su Si epitassiale. Irraggiamenti di sensori e strutture di test (p+ n) prodotte con wafer MCz,Cz,Fz, ed in corso di produzione (n+ p, estate 2004) e su wafer sottili. Run di irraggiamento previsti con protoni di 24GeV (CERN), a Ljubljana ( neutroni da reattore ) ed a Karlsruhe (protoni). Caratterizzazione elettrica macroscopica di strutture di test su silicio standard ed ossigenato prima e dopo irraggiamento. Qualifica del processo di produzione e valutazione della radiation hardness. Misura dei parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce, raccolta di carica e rumore (con sistema laser 960nm, 1060nm e con particelle beta 90Sr) realizzata con l'elettronica utilizzata per il tracker di CMS (APV25). Confronto fra materiale standard (silicio FZ) e MCz. Miglioramento dell'apparato di misura (bassa Temparatura ed isolamento HV) per la caratterizzazione di dispositivi irraggiati ad alta fluenza. Studio dei difetti e la correlazione con il danno macroscopico nel Si CZ ed epitassiale e confronto con i risultati gia ottenuti con FZ e DOFZ Si. Confronto del danno da radiazione nei tre materiali studiati (FZ, DOFZ e MCZ) sulla base dei risultati ottenuti. Considerazioni conclusive per la progettazione di rivelatori ottimizzati radiation hard. Mod EC./EN. 2a Pagina 1

16 PI Resp. loc.: A. Messineo ALLEGATO MODELLO EC2 Mod EC./EN. 2a Pagina 2

17 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Rapp. Naz.: Mara Bruzzi PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 Missioni interne Missioni estere Materiale di consumo A CARICO DELL' I.N.F.N. Trasporti e facchinaggi Spese di calcolo Affitti e manutenzione Materiale inventariabile Costruzione apparati TOTALE Compet. In KEuro A carico di altri Enti BA FI PG PI 6,0 5,0 4,0 4,0 SJ 8,0 15,0 5,0 10,0 SJ 6,0 10,0 2,0 6,0 SJ 33,0 SJ 4,0 SJ 2,0 SJ 5,0 15,0 SJ SJ 25,0 30,0 13,0 35,0 SJ 33,0 4,0 0,0 0,0 0,0 0,0 TOTALI 19,0 38,0 24,0 33,0 4,0 2,0 20,0 103,0 37,0 NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale)

18 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Rapp. Naz.: Mara Bruzzi A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 Anno finanziario C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In keuro Missioni interne Missioni estere Materiale di consumo Trasporti e facchinaggi Spese di calcolo Affitti e manutenzione Materiale inventariabile Costruzione apparati TOTALE 7,0 7,0 30,0 44,0 TOTALE 7,0 7,0 30,0 44,0 Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale)

19 L attivita di ricerca del 2004 si e concentrata sullo studio del danno da radiazione per rivelatori al Si ossigenato per applicazioni in fisica delle alte energie. In particolare: 1. Produzione strutture di test radiation hard (a) e stata ultimata la realizzazione presso IRST di un nuovo set di strutture di test radiation hard, per complessivi 22 wafers 4 con Si tipo n Czochralski (CZ), Float Zone (FZ), Czochralski magnetico (MCZ), epitassiale (50µm). Le strutture di test per la valutazione del danno da radiazione sono: diodi per studi macroscopici (V dep,n eff, I leak,cce) e microscopici (DLTS,TSC,PICTS), MOS per la valutazione della carica intrappolata nell ossido, strutture per lo studio della corrente di generazione di superficie (Gated Diodes), sensori in miniatura a microstrisce di silicio utilizzati negli apparati di tracciatura di particelle cariche. Il disegno di tali sensori è stato ottimizzato per i wafer da processare, e consiste di due serie di sensori con passo (p) tra le strisce p + di 50 e 100 µm rispettivamente. Le strisce sono accoppiate in AC tramite un condensatore integrato sulla striscia stessa e realizzato, nel processo, con strati ossido di silicio e nitruro di silicio. I sensori a microstrisce presentano varie larghezze dell impianto (w) delle strisce e dell elettrodo di alluminio che realizza una delle facce del condensatore di accoppiamento, in modo che w/p= ) e over-hang dell allumino sul p + = 2-8 µm. (b) Le strutture di test realizzate da IRST-Trento su MCZ, FZ e CZ sono state prodotte differenziando il processo per valutare l effetto della temperatura su substrati di silicio aventi diverso contenuto di ossigeno. Su 2 wafer MCZ e stato effettuato il processo di Thermal Donor Killing per verificare l effetto di disattivazione dei donori termici, che comporta un incremento della resistività del materiale. (c) Sono stati acquisiti wafers di Si ossigenato tipo MCZ p-type. Misure recenti condotte all interno di RD50 hanno infatti mostrato che la carica raccolta con rivelatori baby microstrip ottenuti con materiale p-type ossigenato FZ, a fluenze di protoni 24GeV fino a 7x10 15 cm -2, misurata con elettronica di read-out a 40MHz (ATLAS) risulta 6500e ( misurata a 900V), circa 2 volte superiore a quella prevista con le simulazioni effettuate finora con materiale tipo n [ ]. Sensori irraggiati tipo n + p con materiale MCZ non presentano il problema dell inversione di tipo, e dovrebbero mostrare l effetto benefico dovuto all arricchimento naturale in ossigeno del materiale CZ rispetto al FZ. (d) In netto anticipo sulle milestones previste per l esperimento, e attualmente in corso di produzione presso IRST-Trento un nuovo set di strutture n + p utilizzando le stesse maschere utilizzate per il set di strutture p + n. Per assicurare l'isolamento tra i dispositivi, nel processo è stato implementato un impianto tipo p-spray. 2. Caratterizzazione e irraggiamento delle nuove strutture di test a. Caratterizzazione macroscopica di diodi, strutture di test e rivelatori a microstrisce (I-V, C-V, C-freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce) realizzati in un run di pre-produzione (2003) presso l IRST di Trento, al fine di valutare la qualità di differenti processi di produzione.(ba-fi-pd-pi) b. Caratterizzazione macroscopica -prima dell irraggiamento- di diodi, strutture di test e rivelatori a microstrisce (I-V, C-V, C-freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce) realizzati su silicio FZ standard ed MCz p-on- n nel corso del (primo run di produzione) presso l IRST

20 di Trento, anche al fine di controllare la qualità dei differenti processi di produzione implementati. (Ba-Fi-Pd-Pi) c. Primo run di irraggiamento con protoni da 24 MeV presso il Research Centre di Karlsrhue delle nuove strutture di test e sensori a microstrisce, realizzati su silicio FZ standard ed MCz nel corso del (Ba) d. Primo run irraggiamento con protoni di 24GeV (CERN) per fluenze fino a cm -2 è stato ultimato in giugno, con alcuni dispositivi MCZ, CZ, FZ (FZ è del run di pre-produzione 2003, usato come reference per i pre-irraggiati, non con layout SMART), epitassiali. (Fi-Pi-Pd). Altri irraggiamenti sono previsti a Ljubljana ( neutroni da reattore ) in luglio, al CERN con protoni da 24GeV ad ottobre. e. Caratterizzazione ed irraggiamento dei rivelatori sottili prodotti con tecnica di micromachining da IRST nel (Pd-Fi) L efficienza di raccolta di carica in rivelatori a singolo pad assottigliati a 50µm e 100µm è stata misurata a Firenze con sorgente 90 Sr e sistema a basso rumore. La carica raccolta e risultata in accordo con il modello Landau Bichsel. Alcuni rivelatori sottili sono stati irraggiati con ioni Li da 58MeV a Padova, altri sensori sottili sono stati irraggiati con cm -2 di protoni da 24GeV in giugno. Le misure di raccolta di carica sui rivelatori irraggiati sono in corso e saranno concluse entro settembre. Entro ottobre verra anche effettuato il confronto con misure CCE effettuate sui rivelatori epitassiali di stesso spessore. 3. Correlazione tra danno macroscopico e disordine reticolare indotto da radiazione (a) difetti indotti da irraggiamento E' stato completato lo studio dei difetti diversi dal drogaggio nominale, sia caratteristici del materiale, che indotti dal processo o dalla radiazione su FZ e DOFZ, e' attualmente in corso lo studio su materiale CZ. In particolare, si vuole determinare la presenza di livelli dovuti ad aggregati di ossigeno (Thermal Donors: TDs) in relazione al materiale ed al processo utilizzato, si vuole inoltre definire il loro ruolo nel meccanismo del radiation damage prima e dopo l irraggiamento. Allo stato attuale si e' verificata la soppressione dei livelli associati ai TDs nel materiale in cui e' stato effettuato il processo del Thermal Donor Killing. (b) Simulazione del danno da radiazione nei dispositivi di Si Sono state effettuate simulazioni di rivelatori irraggiati con adroni veloci per fluenze fino a cm -2 utilizzando l ISE-TCAD DESSIS device simulator. Si e attuato il confronto di rivelatori prodotti con diversi materiali e spessori (20-300µm). E stato utilizzato un modello a tre livelli, la cui validita sperimentale e stata testata da SMART nel 2003, per valutare gli effetti della radiazione sul campo elettrico nel rivelatore e sull efficienza nella raccolta di carica. La simulazione ha mostrato che per massimizzare la charge collection efficiency ed il rapporto segnale-rumore, e necessario, in tale regione di fluenza, uno spessore del rivelatore dell ordine di µm. Nella seconda parte del 2004 la simulazione sara confrontata con le misure effettuate su campioni di diversi spessori, irraggiati e non nell ambito di SMART. Articoli in corso di pubblicazione nel M. Petasecca, F. Moscatelli, G.U. Pignatel, A. Scorzoni Analisys and simulation of silicon thin detectors Proceedings AISEM 2004

21 2. F. Moscatelli, A. Santocchia, B. MacEvoy, Geof Hall, D. Passeri, M. Petasecca, G.U. Pignatel Comprehensive Device Simulation Modelling of Heavily Irradiated Silicon Detectors at Cryogenic Temperatures IEEE Trans. Nucl. Sci. (2004) in press 3. M. Petasecca, F. Moscatelli, G.U. Pignatel Analysis and Simulation of Charge Collection Efficiency in Si Thin Detectors IWORID (2004) accepted for presentation 4. D. Creanza et al., Study of the annealing effect on silicon microstrip detectors built on <111> and <100> substrates after 34 MeV proton irradiation.in corso di stampa su NIM A 5. D. Creanza et al., Study of the bistable defect created after a long heat treatment at high temperatures during the annealing measurements on diodes irradiated with 34 MeV proton beam. In corso di stampa su NIM A 6. M. Boscardin et al., Analysis of the Radiation Hardness and Charge Collection Efficiency of Thinned Silicon Diodes, accepted for presentation at NSS-IEEE 2004, Rome, October D. Menichelli et al., Anomalous current transients related to defect discharge in irradiated silicon diodes, submitted to Phys. Rev. B. 8. M. Scaringella, M. Bruzzi, D. Menichelli, A. Candelori, R. Rando, Defect Characterisation in Si detectors irradiated with Li ions, accepted for oral presentation at NSS-IEEE 2004, Rome, October M. Bruzzi for the RD50 Collaboration, radiation tolerant materials for semiconductor tracking detectors at SuperLHC, submitted to NIM A.

22 Caratterizzazione macroscopica -prima dell irraggiamento- di diodi, strutture di test e rivelatori a microstrisce (I-V, C-V, C-freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce) realizzati su silicio FZ standard ed MCz n-on-p nel corso del 2004 (secondo run di produzione) presso l IRST di Trento, anche al fine di controllare la qualità dei differenti processi di produzione implementati. Sezioni coinvolte: Bari-Firenze-Pisa Continua l irraggiamento con protoni e neutroni delle nuove strutture di test e sensori a microstrisce realizzati su silicio tipo n e p FZ standard ed ossigenato, wafer sottili, spessi, epitassiali, MCz nel corso del Sezioni coinvolte: Tutte Caratterizzazione macroscopica sistematica delle strutture di test irraggiate (I-V, C-V, C-freq., parametri caratteristici dei rivelatori a microstrisce, raccolta di carica, rumore) al fine di valutare il danno da radiazione. Confronto fra materiale standard (silicio FZ) e MCz. Le misure di raccolta di carica (con sistema laser e/o con particelle alfa/beta, da realizzare) e rumore saranno realizzate con l'elettronica ed i sistemi di acquisizione utilizzati per il tracker di CMS. Sezioni coinvolte: Bari - Firenze - Pisa Continua la caratterizzazione dei rivelatori sottili prodotti da IRST-Trento in termini di charge collection efficiency prima e dopo l'irraggiamento con adroni veloci per fluenze fino a cm -2, utilizzando elettronica di read-out di basso rumore. Confronto con rivelatori prodotti su Si epitassiale. Sezioni coinvolte: Pisa, Firenze Studi di annealing su strutture di test e rivelatori a microstrisce irraggiati con protoni e neutroni di diverse energie. Sezioni coinvolte: Bari. Studio dell'impatto dell'orientazione del cristallo sulla capacità interstrip e sul Noise di rivelatori a microstrisce. Sezioni coinvolte: Bari Studio dei difetti e la correlazione con il danno macroscopico nel Si CZ ed epitassiale e confronto con i risultati gia ottenuti con FZ e DOFZ Si. Sezioni coinvolte: Tutte Si continuano le simulazioni numeriche Sezioni coinvolte: Perugia Confronto del danno da radiazione nei tre materiali studiati (FZ, DOFZ e MCZ) sulla base dei risultati ottenuti. Considerazioni conclusive per la progettazione di rivelatori ottimizzati radiation-hard. Sezioni coinvolte:tutte I risultati che si otterranno misurando le strutture di test prodotte nel 2003/2004 prima e dopo l'irraggiamento potranno suggerire gia' nella prima meta' del 2005 la produzione di un batch ottimizzato di nuove strutture di test radiation hard. Chiediamo percio' l'inserimento sub- judice del finanziamento di un processo per singola faccia di nuove strutture di test radiation hard, di spessore standard o assottigliate, che possa essere accordato qualora i risultati ottenuti entro la prima meta' del 2005 risultino particolarmente promettenti.( richiesta Sub-Judice di 33kEuro). La possibilita' di sfruttare il materiale CZ permette di utilizzare fette da 6" (acquisibili da Okmetic, Finland) per il processo finale.

23 Nota sulle richieste finanziarie del 2005 Le sezioni coinvolte richiedono un contributo finanziario per l adeguamento dell attrezzatura di laboratorio (sistemi di controllo umidita /temperatura, accessori probe stations, componenti elettronici) per permettere lo studio sistematico dei nuovi sensori irraggiati nella regione di elevate fluenze. Inoltre e' richiesto un contributo per dotare i sistemi di misura di raccolta di carica dell'elettronica di read-out, in modo da rendere possibile misure dettagliate sui rivelatori microstrip irraggiati, di importanza fondamentale per la riuscita globale dell'esperimento. Lo studio di R&D effettuato in SMART sui rivelatori a microstrip di Si dalle sezioni di Bari, Firenze e Pisa, risulta incompatibile con le attuali attivita' e conseguentemente con le richieste finanziarie nell'esperimento CMS di gruppo I. Questo perche' l'esperimento CMS e' ormai in produzione avanzata ed in fase di integrazione/installazione del tracker. Le sezioni di Bari, Firenze e Pisa non possono quindi attingere da CMS per tale budget, che e' quindi richiesto in questa sede. Sono richiesti fondi da tutte e quattro le sezioni per missioni interne per esigenze di collaborazione con le ditte produttrici e con gli altri gruppi italiani partecipanti a SMART (irraggiamenti, inter-confronto di misure macroscopiche e dei risultati sperimentali e di simulazione del danno microscopico). Nelle spese di missione estera delle varie sezioni viene richiesto un contributo per la partecipazione, come membri del Collaboration Board, alle riunioni di RD50. Inoltre nel 2005 si intensifichera` l'attivita` di irraggiamento di sensori e strutture, nei laboratori in italia ed all'estero, e di confronto dei risultati ottenuti tra i vari gruppi partecipanti al progetto internazionale RD50 (sottogruppi microstrips e full detector system). Si fa pertanto richiesta di fondi per le missioni estere relative. Nelle spese di missione estera della sezione di Firenze e' inserito il contributo richiesto per il coordinamento di RD50 (attivita' di spokesperson).

24 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Rapp. Naz.: Mara Bruzzi ANNI FINANZIARI 2005 Materiale Missioni Missioni di interne estere consumo PREVISIONE DI SPESA Piano finanziario globale di spesa Trasporti e facchinaggi Spese di calcolo Affitti e manutenzione In KEuro Materiale Costruzione TOTALE inventariabile apparati Compet. 19,0 38,0 57,0 4,0 2,0 20,0 140,0 TOTALI 19,0 38,0 57,0 4,0 0,0 2,0 20,0 0,0 140,0 Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale)

25 BA Resp. loc.: Donato Creanza COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA N RICERCATORE Cognome e Nome Creanza Donato De Palma Mauro Manna Norman Mongelli Maria Tiziana Radicci Valeria Schiavulli Luigi Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent Qualifica Affer. al % N TECNOLOGI Qualifica Dipendenti Incarichi Dipendenti Incarichi gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. P.A. P.O. Numero totale dei Tecnologi R.U. SERVIZI TECNICI Denominazione Dott. DIS AsRic mesi uomo Tecnologi Full Time Equivalent Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi Cognome e Nome Ruolo Art. 15 Numero totale dei Tecnici Tecnici Full Time Equivalent Annotazioni: Collab. tecnica Assoc. tecnica % 0 0 % 0 0 Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature Mod EC./EN. 7

26 FI Resp. loc.: Mara Bruzzi N RICERCATORE Cognome e Nome Borchi Emilio Bruzzi Mara Focardi Ettore Macchiolo Anna Menichelli David Miglio Stefania Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA Qualifica Affer. al % N TECNOLOGI Qualifica Dipendenti Incarichi Dipendenti Incarichi gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. P.O. P.A. Numero totale dei Tecnologi P.A. SERVIZI TECNICI Denominazione AsRic AsRic Dott mesi uomo Tecnologi Full Time Equivalent Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi Cognome e Nome Ruolo Art. 15 Collab. tecnica Assoc. tecnica 1 Tosi Carlo Univ Numero totale dei Tecnici Tecnici Full Time Equivalent 0.5 Annotazioni: % 0 0 % Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature Mod EC./EN. 7

27 PG Resp. loc.: Giorgio Umberto Pignatel COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA N 1 2 RICERCATORE Cognome e Nome Petasecca Marco Pignatel Giorgio Umberto Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent Qualifica Affer. al % N TECNOLOGI Qualifica Dipendenti Incarichi Dipendenti Incarichi gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. Dott P.O Numero totale dei Tecnologi SERVIZI TECNICI Denominazione mesi uomo Tecnologi Full Time Equivalent Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi Cognome e Nome Ruolo Art. 15 Numero totale dei Tecnici Tecnici Full Time Equivalent Annotazioni: Collab. tecnica Assoc. tecnica % 0 0 % 0 0 Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature La previsione di spesa e l'attività sono congrue con le disponibilità di personale e attrezzature. Mod EC./EN. 7

28 PI Resp. loc.: A. Messineo N RICERCATORE Cognome e Nome Borrello Laura Messineo Alberto Segneri Gabriele Sentenac Daniel Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA Qualifica Affer. al % N TECNOLOGI Qualifica Dipendenti Incarichi Dipendenti Incarichi gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. AsRic 1 20 R.U Numero totale dei Tecnologi AsRic 1 20 Tecnologi Full Time Equivalent B.Str Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi Cognome e Nome SERVIZI TECNICI Denominazione 4 1 mesi uomo Ruolo Art. 15 Numero totale dei Tecnici Tecnici Full Time Equivalent Annotazioni: Collab. tecnica Assoc. tecnica % 0 0 % 0 0 Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature La Sezione fornira' il supporto tecnico necessario. Mod EC./EN. 7

29 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Rapp. Naz.: Mara Bruzzi Data completamento MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005 Descrizione 30/04/2005 Irraggiamento nuove strutture di test p in n e n in p con neutroni, protoni, pioni per fluenze fino a a 10^16cm^( 2)( I V, C V, charge collection efficiency, noise, interstrip capacitance ) 31/05/2005 Progettazione nuove strutture di test ottimizzazione radiation hard 31/10/2005 Produzione strutture di test ottimizzate rad.hard (SJ) 31/12/2005 Modello di radiation hardness per Si ossigenato che tenga conto di misure microscopiche, macroscopiche e simulazione 31/12/2005 Completamento test su nuove strutture di test ottimizzate rad. hard Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale)