2011 2013 http home deib polimi itcastoldiaspide goal

2011 -2013 http: //home. deib. polimi. it/castoldi/aspide /goal. php Resp. Nazionale e Locale Sez. Milano: Andrea Castoldi (Andrea. Castoldi@polimi. it) Resp. Locale Sez. Firenze (LABe. C): Luca Carraresi Contesto scientifico Ø Lo sviluppo di tecniche avanzate per la caratterizzazione, la diagnostica e la modellizzazione di rivelatori di immagini e di elettronica di front-end in un ampio range di livelli di ionizzazione e’ di interesse primario: • nella sfida delle nuove sorgenti di raggi X ad alta brillanza (quali ad esempio XFEL@Desy e LCLS@Stanford) che richiedono di sviluppare e qualificare una nuova generazione di rivelatori di immagini con elevato intervallo dinamico (1: 105 fotoni/pixel) e con risposta temporale ultra veloce (decine di ns) nel range di energie da 0. 5 a 12 ke. V. • nei futuri esperimenti di fisica nucleare ad energie intermedie che evolvono verso apparati di rivelazione con maggiore segmentazione (Hir. A, MUST 2) e richiedono tecniche di qualificazione diretta e di modellizzazione in un piu’ ampio intervallo energetico Ø Il programma di ASPIDE si inserisce nelle attivita’ per lo sviluppo di nuovi rivelatori di immagini X per la futura sorgente XFEL @Desy/Amburgo. I ricercatori di Milano sono parte del consorzio DSSC, che ha il committment dello sviluppo di uno dei 3 rivelatori di immagini 2 D per XFEL Obiettivi e attivita’ ØSviluppo di uno strumento per la caratterizzazione diretta di rivelatori in silicio ed elettronica di front-end ad alti livelli di ionizzazione, basato sull’uso di bunch di protoni monoenergetici della linea impulsata DEFEL@LABe. C – opportunamente ottimizzata e potenziata quale sonda ad elevata risoluzione spaziale – e su un sistema laser IR ottimizzato per bassi livelli di generazione Ø Mappatura della risposta di rivelatori (case studies rilevanti) - con acquisizione in forma dei segnali e unfolding della distribuzione di carica generata mediante algoritmi dedicati 1/5

Principali sviluppi strumentali (1) 2/5 q Sistema laser IR pulsato (705 nm, 905 nm) per test a bassi livelli di carica FWHM=293 ps 50 ns/4096 ADU 50% intensity (904 nm) • Sistema laser IR pulsato (<<1 ns) con testa laser intercambiabile a diverse lunghezze d’onda: l=904 nm (1/a=54µm), l=705 nm(1/a=6µm) focalizzato con ottiche da microscopio • Dimensione spot su rivelatore <10µm • Iniezione di carica <10^6 electroni • Intensita’ non calibrata q Sistema di DAQ multi-canale per acquisizione segnali digitalizzati in forma ( 500 Ms/s, 12 bit, SW di acquisizione, visualizzazione, zero suppression, processing, salvataggio, etc. ) q Algoritmi di deconvoluzione dedicati per estrazione forma segnali indotti/diagnostica • HW basato su schede di digitalizzazione multi-canale 500 Ms/s 12 bit su bus VME • SW di acquisizione/visualizzazione multi-canale in C • controllo completo funzionalità: impostazioni clock, trigger, modalità di acquisizione, guadagno e offset per ogni singolo canale, selezione di primo livello (ad es. zerosuppression ed altre) riconfigurabili • pre-elaborazione real-time dati acquisiti (ad es. ampiezza, tempo di arrivo, etc. della singola forma d’onda). • Estrazione forma d’onda corrente indotta e distribuzione nuvola di carica mediante tecniche dedicate di deconvoluzione

Principali sviluppi strumentali (2) q Ottimizzazione uso protoni monoenergetici 1 -6 Me. V alla beamline DEFEL@LABe. C come sonda ad alta risoluz. in carica/spazio/tempo per detector characterization Ottimizzazione spettro energetico e time jitter 3/5 Proton range 1 -5 Me. V in Si 1 Me. V 1µm 3 Me. V 4. 5µm 5 Me. V 9. 5µm • funzionamento da protoni singoli a bunch di n protoni • carica generata calibrata intrinsecamente (1 Me. V proton=277, 778 el. ) q Potenziamento DEFEL (DEFEL. new): upgrade slitte di profilazione ad alta ris. spaziale, monitor 2 D fascio protoni mediante sensore CMOS, sistema di centratura fascio-rivelatore mediante ottiche motorizzate in camera sperimentale Snapshot sensore CMOS (2013): profilo 2 D fascio @DEFEL. new (spot Ø 40µm) • Monitor 2 D di fascio ad alta risoluzione spaziale (sensore CMOS pixel 6µm) montato in camera sperimentale ed operante in vuoto con trasmissione segnali via ethernet Aptina mt 9 v 034 nuove slit (JJ X-ray) ad alta risoluzione spaziale montate in linea DEFEL

Case study #1: Multi Linear Silicon Drift Detectors: tecniche di confinamento ad alti livelli di carica per 2 D tracking (@DEFEL. old) drift time spectra drift time vs distance 5 Me. V protons (Q=1. 39*106 el. ) vd=4. 84 µm/ns s=14 ns (66µm) Y(µ m) amplitude vs. distance Y=0 1 mm 3 5 7 T s) t (n drif Longitudinal profiles of charge cloud @5 Me. V y=1 mm 5 Me. V (Q=1, 390, 000 el) 3 mm 5 mm 7 mm 9 mm 10. 5 mm amplitude spectra 9 10. 5 5 Me. V protons (Q=1. 39*106 el. ) Anode current pulses by means of dedicated deconvolution algorithm developed in ASPIDE Case study #2: primi test di matrici pixel DEPMOS per XFEL (@DEFEL. old) Proton trigger signal • parametri fondamentali (amp. response, CCE, sharing, etc) • deconvoluzione corrente indotta, modeling trasporto Single proton waveforms setup @ DEFEL experimental end-station single pixel con lettura DEPMOS (PXD 5) mappatura con laser IR risposta in ampiezza singolo pixel (75µm) in prototipo matrice 4 x 4 pixel De. PMOS (layout PXD 5, tecnologia standard) 4/5

5/5 Ricadute scientifiche di ASPIDE (giu 2013) Mappature 2 D q Esp. EXOCHIM/CNS 3 (in atto): Qualification of Double Sided Si-Strip Detectors Calibrazione energetica e non linearita’ junction side strips F 11 Sinergia con esp. EXOCHIM-gr 3. (beam times a sett. 2012/giu. 2013) per test microstrip in silicio doppia faccia (DSSSD) con bunch protoni mono-energetici per mappatura risposta per lo studio forme segnali per Pulse-Shape Analysis e calibrazione in ampiezza dai bassi livelli (<3 Me. V), per studiare la soglia di identificazione, fino ai livelli piu’ alti (150 Me. V). 5 x A F 12 Si layer of FARCOS telescope (data taking sept. 2012) Qu La ad dd er ran B C C q Consorzio DSSC (in atto): calibrazione assoluta chip nuovi matrici di pixel DEPMOS con signal compression (tecnologia finale per XFEL) per fine 2013/2014 • 4 x 1024 pixels • 1024 x 1024 pixels • 16 ladders/hybrid boards • 32 monolithic sensors 128 x 256 6. 3 x 3 cm 2 • DEPFET Sensor bump bonded to 8 Readout ASICs (64 x 64 pixels) • 2 DEPFET sensors wire bonded to a hybrid board connected to regulator modules • Heat spreader • Dead area: ~15% t Ch ip B 1 x 2 x A 3 x F 12 q XFEL Gmb. H (potenziale): contatto e seminario invitato (XFEL Calibration meeting, aprile 2013) per discutere applicazione tecnica di caratterizzazione con protoni per i rivelatori 2 D di XFEL. Possibilita’ test da inizio 2014 su rivelatore LPD