Лаборатория детекторов синхротронного излучения

• 1. Фундаментальные основы конструирования отечественных радиационностойких с энергетическим разрешением цифровых детекторов высокоинтенсивного синхротронного излучения широкого спектрального диапазона, в том числе:

1.1. Физические модели транспорта и сбора неравновесных носителей заряда в ионизационном треке материала, компенсированного глубокими нанокластерами; оптимальные конструкции HR-GaAs:Cr полупроводниковых структур, позволяющих достигнуть величины радиационной стойкости, не менее 2 MGy.
1.2. Закономерности высокотемпературного легирования VGF-GaAs (Vertical Gradient Freeze) примесными нанокластерами с глубокими уровнями и получения оптимальных условий легирования для достижения заданной конструкции структур.
1.3. Лабораторная конструкция и технология (будет охраняться в режиме «ноу-хау») HR-GaAs:Cr структур диаметром 4 дюйма детекторного качества:
- удельное сопротивление, не менее 1 ГОм*см;
- дрейфовая длина электронов, не менее 0,1 см;
- радиационная стойкость структур, не ниже 2 MGy.
1.4. Оптимальная конструкция матричного сенсора большой (4 дюйма) площади, конструкция пиксела и унифицированная технология формирования контактных площадок и контактных столбиков на матричные сенсоры (будут охраняться в режиме «ноу-хау») для «флип-чип» сборки на VGF-GaAs структурах диаметром 4 дюйма; разработка методологии и технологии тестирования и разбраковки матричных сенсоров большой площади.
1.5. Закономерности основных характеристик прототипов многоэлементных детекторов, изготовленных из HR-GaAs:Cr структур, в режиме счёта и распределения по поддиапазонам энергий квантов:
- транспорт и сбор заряда, быстродействие, динамический диапазон, отношение сигнал/шум, радиационная стойкость;
- программа и методики выходного контроля VGF HR-GaAs:Cr структур.
1.6. Лабораторный регламент (будет охраняться в режиме «ноу-хау») на конструкцию матричных сенсоров и технологию (в процессе разработки выбирается под конкретную системную задачу) монолитных интегральных схем (МИС) диаметром 4 дюйма матричных HR-GaAs:Cr сенсоров с характеристиками, превышающими мировой уровень:
- число элементов в единичном сенсоре, до 1,6 миллиона пикселей (при размере пиксела до 55*55 мкм*мкм);
- число битых каналов, не более 0,01%;
- плотность темнового тока, протекающего через единичный пиксел при рабочем напряжении 100 В, не более 1 нА/мм2;
- эффективность сбора заряда единичного пиксела сенсора, не менее 0,5 при напряжённости электрического поля 2 кВ/см.
1.7. Лабораторный регламент (будет охраняться в режиме «ноу-хау») на конструкцию и технологию контактных площадок на поверхности МИС диаметром 4 дюйма матричных HR-GaAs:Cr сенсоров с характеристиками:
- разброс высоты сформированных контактных площадок, не более 3 мкм;
- число повреждённых контактных столбиков, не более 0,01%.
1.8. Лабораторный регламент (будет охраняться в режиме «ноу-хау») на технологию «флип-чип» сборки МИС многоэлементных HR-GaAs:Cr сенсоров со специализированными интегральными микросхемами (СИМС). Конструкция детекторной сборки и материал контактных площадок за счёт поглощения регистрируемого ионизирующего излучения в рабочем объёме сенсора, контактов и площадок будут способны обеспечить отсутствие радиационных повреждений СИМС, расположенной под сенсорами.

• 2. Разработка прототипов и опытных образцов отечественных специализированных аналого-цифровых интегральных микросхем (СИМС).

• 3. Лабораторный регламент на конструкцию модуля (будет охраняться в режиме «ноу-хау») цифрового изображения (МЦИ) для регистрации синхротронного, рентгеновского и гамма-излучений, включающего «флип-чип» сборку матричных сенсоров с СИМС и интерфейс для передачи и воспроизведения информации в виде базы данных и изображения на экране монитора, включая специализированный алгоритм обработки для повышения пространственного разрешения.

• 4. Создание базовых технологий обработки большого потока данных при проведении физических экспериментов с использованием синхротронных источников 4-го поколения и ускорителей частиц с высокой светимостью пучка.

• 5. Подготовка высококвалифицированных специалистов и инфраструктуры для опытного производства радиационностойких с энергетическим разрешением цифровых детекторов на базе Центра исследований и разработок «Перспективные технологии микроэлектроники» (ПТМ) Томского государственного университета.

• 6. Создание основ приборно-инструментальной базы для оснащения Российских экспериментальных станций в рамках Федеральной научно-технической Программы высокоинтенсивных источников синхротронного излучения 4-го поколения в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации № 287 от 16 марта 2020 г. Ожидаемые результаты проекта помимо научной будут иметь коммерческую и социальную значимость. Важнейшим коммерческим результатом будет вывод на глобальный рынок МЦИ для разработки широкого спектра энергодисперсионной цифровой радиографической аппаратуры нового поколения. Социальная значимость обеспечивается созданием дополнительных рабочих мест, возможностью развития в России подотрасли сенсорика.