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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • CHEMISTRY; METALLURGY
    • CRYSTAL GROWTH (separation by crystallisation in general B01D9/00)
      • SINGLE-CRYSTAL-GROWTH (by using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds B01J3/06); UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL (zone-refining of metals or alloys C22B); PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE (casting of metals, casting of other substances by the same processes or devices B22D; working of plastics B29; modifying the physical structure of metals or alloys C21D, C22F); SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE (for producing semiconductor devices or parts thereof H01L); APPARATUS THEREFOR
  • ELECTRICITY
    • BASIC ELECTRIC ELEMENTS
      • SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR (use of semiconductor devices for measuring G01; details of scanning-probe apparatus, in general G12B21/00; resistors in general H01C; magnets, inductors, transformers H01F; capacitors in general H01G; electrolytic devices H01G9/00; batteries, accumulators H01M; waveguides, resonators or lines of the waveguide type H01P; line connectors, current collectors H01R; stimulated emission devices H01S; electromechanical resonators H03H; loudspeakers, microphones, gramophone pick-ups or like acoustic electromechanical transducers H04R; electric light sources in general H05B; printed circuits, hybrid circuits, casings or constructional details of electric apparatus, manufacture of assemblages of electrical components H05K; use of semiconductor devices in circuits having a particular application, see the subclass for the application) [C0103]
  • PHYSICS
    • MEASURING (counting G06M); TESTING
      • MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION (radiation analysis of materials, mass spectrometry G01N; counters per se G06M, H03K; electric discharge tubes for analysing radiation or particles H01J40/00, H01J47/00, H01J49/00)
Classificazione geografica
Bibliografia
1) Moll Michael - Development of radiation hard sensors for very high luminosity colliders - CERN-RD50 project - Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 511 (2003) 97-105;
2) The RD42 Collaboration: M. Friedl et al. – CVD Diamond Detectors for Ionizing Radiation – Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A415 (1999) 194-201;
3) M. Friedl - Diamond Detectors for Ionizing Radiation – Diploma Thesis – University of Technology, Vienna, Austria, 1999
4) M. Marinelli, E. Milani, A. Paoletti, A. Tucciarone, G. Verona Rinati, S. Albergo, V. Bellini, V. Campagna, C. Marchetta, A. Pennisi, G. Poli, R. Potenza, F. Simone, L. Sperduto, C. Sutera -
Use Of High Sensitivity Diamond Detectors In Dc Mode For Detailed Beam Profile Measurements In Particle Accelerators - Diamond And Related Materials 10 (2001) 706-709;
5) M. Marinelli, Milani E., A. Paoletti, A. Tucciarone, G. Verona Rinati, M. Angelone, M. Pillon - Trapping and detrapping effects in high-quality chemical-vapor-deposition diamond films: Pulse shape analysis of diamond particle detectors - Phys. Rev. B64 (2001) 195-205;
6) C.Tuve', V.Bellini, Potenza R., C.Randieri, C.Sutera, G.Pucella, M.Marinelli, E.Milani, A.Paoletti, A.Tucciarone, G.Veronarinati - Carrier Dynamics in CVD Diamond: Electron and Hole Contributions - Diamond and Related Materials 12 (2003) 499-502;
7) V. Bellini1, Marco Marinelli, E. Milani, R. Potenza, G. Pucella, C. Sutera, A. Tucciarone, C. Tuvè, G. Verona-Rinati - Analysis of defect distribution in CVD diamond films and correlation with growth parameters - Diamond 2004 European Conference, Riva del Garda, Italy, Sept. 6th - 11th, 2004.
Parole Chiave
RIVELATORI NUCLEARI; RAMAN; DIAMANTE; CVD; FILM SOTTILI; BUONA RISOLUZIONE; RESISTENZA A RADIAZIONI; ALTE TEMPERATURE

Rivelatori di particelle con alta resistenza alle radiazioni ed alto potere risolutivo in diamante sintetico ottenuto da crescita omoepitassiale

Università degli Studi di Catania
Abstract
I rivelatori di radiazioni ionizzanti di buon livello, con poteri risolutivi in posizione, tempo ed energia sufficientemente elevati sono normalmente poco resistenti al danneggiamento da parte delle stesse radiazioni, se la loro intensità supera un certo livello.
Ricerche nella direzione di produzione di nuovi materiali più resistenti suggeriscono, tra gli altri, il diamante in film sottili, ottenibile da CVD (Chemical Vapour Deposit), che sembra avere la più alta resistenza alle radiazioni, accompagnata anche da un'alta resistenza alla temperatura e da una elevata conduzione del calore (singolare in un isolate) che gli permette di mostrare una capacità termica effettiva molto elevata. Il diamante da CVD pero', sebbene ottimo nel funzionamento in continua per la misura di profili di fasci da acceleratori a causa della stabilità dell'efficienza media di raccolta di carica agli ellettrodi, non mostra altrettanto buone qualità nel funzionamento in impulsiva ed ha un potere risolutivo energetico piuttosto basso a causa della dispersione nella detta efficienza di raccolta di carica dovuta ai difetti reticolari introdotti dalla tecnica di fabbricazione. Scopo della ricerca sarà arrivare a diamanti da CVD con bassa dispersione dell'efficienza di raccolta della carica. La via che si seguirà sarà passare prima per l'ottimizzazione dei film cresciuti eteroepitassialmente su silicio, modificando i parametri di crescita in funzione delle densità di difetti misurate sia in Raman >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Renato Carlo POTENZA Universita' degli Studi di CATANIA
Obiettivo del Programma di Ricerca
Produzione di buoni rivelatori di particelle e nuclei, resistenti alle radiazioni e alle alte temperature, fatti di diamante in film ottenuti tramite deposizione chimica da vapore (CVD, Chemical Vapour Deposition). Si vogliono quindi produrre film quasi monocristallini di diamante con concentrazione di difetti tanto bassa da ottenere una risoluzione energetica ragionevolmente buona (qualche percento al massimo). Ciò potrà ottenersi con l'ottimizzazione dei parametri di crescita (temperatura e concentrazione della miscela, spessore del film stesso) e la monitorizzazione continua dei progressi ottenuti. Questa va fatta in primo luogo con metodi ottici di investigazione (spettroscopia Raman) per la verifica dell'inesistenza di difetti di composizione (grafite e impurezze varie, soprattutto metalliche) e successivamente, per i campioni puri ex Raman, con il nuovo metodo di investigazione nucleare [1] consistente nel bombardare i campioni di diamante con ioni 12C o 4He di diverse energie (e quindi di diversa penetrazione) e analizzare l'andamento del segnale elettrico medio prodotto dal diamante elettricamente polarizzato in funzione della penetrazione: tale andamento è caratteristicamente legato proprio alla distribuzione dei difetti intrinseci del cristallo in crescita(interstiziali di C e vacanze e loro combinazioni, dislocazioni) lungo il tragitto dello ione incidente. Ma tale ottimizzazione non potrà arrivare alla produzione di cristali sufficientemente perfetti senza >>>

Risultati parziali attesi
Risultati preliminari delle misure con ioni 12C e 4He riguardo alla concentrazione e temperatura ottimali per i diamanti da CVD in crescita eteroepitassiale su silicio prodotti a Roma "tor Vergata".
Primi film di diamante da crescita omoepitassiale e loro test in spettroscopia Raman prima e dopo lappatura.Valori ottimali di concentrazione e temperatura del plasma per la produzione dei diamanti da CVD in crescita eteroepitassiale su silicio. Prima produzione di diamanti da crescita omoepitassiale sufficientemente puri da sottoporre ai test sotto fascio al LNS di Catania quali rivelatori di radiazioni.Produzione di diamanti da crescita omoepitassiale con caratteristiche sempre migliori come rivelatori di radiazione: buon potere risolutivo in energia e tempo. Già i primi spettri energetici di ioni monoenergetici prodotti al Tandem del LNS di Catania dovranno mostrare un miglioramento qualitativo rispetto a quelli ottenuti con diamanti cresciuti su silicio.
L'esplorazione con ioni a penetrazione variabile dovrà certificare o la diminuzione sostanziale della densità di difetti, compresi i piani vicini alla superficie in contatto con il supporto, o la loro sostanziale uniformitaà lungo i piani paralleli a detta superficie.Risultati dei test Raman e nucleari sui diamanti cresciuti su preesistenti rivelatori pressocchè indistinguibili dai quelli sui rivelatori cresciuti su diamante naturale.

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
1. Introduzione

1.1 Rivelatori di radiazione

Le caratteristiche fondamentali di un buon rivelatore di particelle sono la risoluzione in posizione, intorno al centinaio di micron nelle tre dimensioni, la rapidità di risposta, che oggi arriva al decimo di nanosecondo e la risoluzione in energia, con larghezze da qualche decina al migliaio di eV.
I rivelatori oggi esistenti sono oggetti delicati: le radiazioni li danneggiano con effetti cumulativi e spesso debbono funzionare a temperature piuttosto basse (0° -20°C circa) per mantenere alti i poteri risolutivi. I futuri usi dei rivelatori saranno proprio in zone ad alte radiazioni e/o ad alta temperatura: si pensi al monitoraggio a fini sanitari dell'intensità e del profilo di un fascio in un acceleratore o al monitoraggio dei flussi all'interno del core di un reattore a fusione. Occorre dunque poter produrre rivelatori di nuovo tipo adatti all'uso senza immediata usura in tali ambienti al limite. Limitandoci al campo dei rivelatori a stato solido, gli studi si sono indirizzati o alla produzione di rivelatori al silicio variamente drogati per renderli resistenti alle radiazioni[1] o alla produzione di nuovi materiali tra cui i più promettenti sono l'arseniuro di gallio (GaAs) e il diamante [1,2]. Questo gruppo si è dedicato, da alcuni anni, allo studio del diamante come materiale per la formazione di rivelatori di buona qualità. I primi risultati si sono ottenuti usando rivelatori a film >>>