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Rivelatori in diamante per imaging
di sorgenti UV e X
Marco Girolami
S2DEL – Solid State and Diamond Electronics Lab
Dip. di Fisica “Edoardo Amaldi” – Roma Tre Università degli Studi
S2DEL - Solid State and Diamond Electronics Lab
ROMA
TRE
Imaging di sorgenti UV e X
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• litografia circuiti integrati VLSI-ULSI e dispositivi MEMS
UV
• chirurgia oculistica rifrattiva (LASIK)
• UV imaging in riflessione
Raggi X
• Tecniche microanalitiche (EXMA, XPS, XRD, XRF)
• Radiografia industriale
• Diagnostica medica e radioterapia
Obiettivo: monitorare in tempo reale la forma e l’intensità del fascio
S2DEL - Solid State and Diamond Electronics Lab
ROMA
TRE
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Stato dell’arte: profilometri in silicio
Matrici CCD per imaging di sorgenti UV e X:
PROs: • tecnologia collaudata
• buona Q.E. in matrici back-thinned
• rivelatori di grande area
CONs: • danni da radiazione
• forte assorbimento VIS-IR
• fragilità, ingombro, costo elevato
Necessaria la presenza di:
• attenuatori per impedire danni da radiazione
• sistemi ottici per massimizzare la discriminazione UV-VIS
Esempio di sistema
commerciale per
imaging UV
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ROMA
TRE
Perché il diamante?
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ROMA
TRE
Il diamante è un materiale d’elezione per la realizzazione di rivelatori
per sorgenti X ed UV di elevata intensità, grazie ad una serie di
proprietà chimico-fisiche di estremo interesse:
•
•
•
•
•
•
•
è chimicamente inerte
ha la più alta energia di coesione (7.45 eV/atom)
è insensibile al danno da radiazione
è trasparente nelle regioni spettrali VIS e IR
ha un’ampia gap (5.45 eV)
ha una bassa conducibilità elettrica (< 10-15 S/cm)
ha la più alta conducibilità termica (22 Wcm-1K-1)
Assenza di
attenuatori e/o filtri
fra sorgente e
rivelatore
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Principio di funzionamento dei rivelatori a matrice
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ROMA
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Rivelatore multipixel per imaging 2D
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TRE
Evoluzione temporale profilo lampada UV (32 canali)
S6
S6
S6
S5
S5
S5
S4
S4
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S3
S3
S3
S2
S2
S2
1E
3E
4E
5E
6E
8E
9E
3E
4E
5E
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8E
9E
1E
3E
4E
5E
6E
8E
9E
1E
+0
000
+0
+0
56
6
56
5
111
222
333
444
555
666
posizione pixel
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Deuterium 10 μW, 220 nm
875000-1000000
875000-1000000
875000-1000000
875000-1000000
750000-875000
750000-875000
750000-875000
750000-875000
625000-750000
625000-750000
625000-750000
625000-750000
500000-625000
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500000-625000
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375000-500000
375000-500000
375000-500000
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125000-250000
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125000-250000
125000-250000
0-125000
0-125000
0-125000
0-125000
6.25
6.75
5.75 mm
6.00
6.50
7.00
7.75
8.00
8.50
8.75
buio
7.25
7.50
9.00
5.50
5.25
8.25
S1
S1
S1
875000-1000000
875000-1000000
875000-1000000
875000-1000000
875000-1000000
750000-875000
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750000-875000
625000-750000
625000-750000
625000-750000
625000-750000
625000-750000
1000000
1000000
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875000
875000
875000
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625000
625000
500000
500000
375000
375000
375000
250000
250000
250000
125000
125000
125000
000
S6
S6
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S3
S3
11
222
33
3
44
4
55
5
666
500000-625000
500000-625000
500000-625000
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500000-625000
375000-500000
375000-500000
375000-500000
375000-500000
375000-500000
250000-375000
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250000-375000
250000-375000
250000-375000
125000-250000
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125000-250000
125000-250000
125000-250000
0-125000
0-125000
0-125000
0-125000
0-125000
S2
S2
S2
S1
S1
S1
2.02
2.82
1.49
1.69
2.40
3.25
4.49
4.94
5.57
3.76
3.69
3.68
3.72
3.74
3.77
3.60
Centroide: ( 3.51
5.71
3.66
4.11
5.70
3.59
3.54
3.56
1.36
5.33
1.29 , 3.78
3.67
3.70
3.66 )
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ROMA
TRE
Shutter chiuso
“Ghost peak”
Singolo impulso
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S3
S2
S1
3
4
5
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S5
S4
2
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1
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Profilo 2D laser a eccimeri ArF 193 nm (32 canali)
S4
S4
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S3
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6
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2
3
4
5
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S6
S1
1
6
2
3
4
5
6
S6
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S5
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S4
S4
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S3
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1
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S1
1
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3
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4
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1
Monitoraggio in tempo reale dei singoli impulsi laser
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Profilo 2D di fascio di raggi X
Tubo di Coolidge:
• target in Mo (Kα = 17.48 keV, Kβ =19.6 keV)
• V = 45 kV
• I = 1.1 mA
• spot-size 3 mm
Traslazione
fascio lungo
l’asse X
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Profilo 2D di fascio di raggi X
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Traslazione
fascio lungo
l’asse Z
Il fascio diverge
all’aumentare della
distanza dalla sorgente
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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ROMA
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