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CVD Diamanten für den International Linear Collider Christian Grah – DESY Zeuthen 26.Okt.2005.

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Präsentation zum Thema: "CVD Diamanten für den International Linear Collider Christian Grah – DESY Zeuthen 26.Okt.2005."—  Präsentation transkript:

1 CVD Diamanten für den International Linear Collider Christian Grah – DESY Zeuthen 26.Okt.2005

2 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC2 Übersicht DESY Motivation: Hochenergiephysik Instrumentierung des International Linear Collider Vorwärtskalorimeter BeamCal - Detektoraufbau und Aufgaben pCVD Diamanten für das BeamCal Anforderungen Testmessungen Zusammenfassung und Ausblick

3 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC3 Das Deutsche Elektronen- Synchrotron DESY

4 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC4 DESY Nationales Forschungszentrum für Hochenergiephysik in HH. etwa 1600 Angestellte (HH und Zeuthen), davon etwa 400 Wissenschaftler ausserdem etwa 3000 Wissenschaftler aus 33 Nationen. Mitglied der Hermann von Helmholtz- Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren 1959 gegründet 1960 Beschleuniger DESY gibt dem Institut seinen Namen Bau des Elektron-Positron Speicherrings DORIS 1975 schwere Quarks werden nachgewiesen Bau des 2,3 km langen Elektron-Positron-Speicherrings PETRA 1979 bei PETRA wird das Gluon direkt beobachtet HASYLAB wird eröffnet 1984 Bau der 6,3 km langen unterirdischen Hadron-Elektron- Ring-Anlage HERA. Dies eröffnet Untersuchungen der Substruktur von Protonen. FEL – VUV-FEL und XFEL ab Aufgaben und Ziele: Entwicklung, Bau und Betrieb von Teilchenbeschleunigern Elementarteilchenphysik Forschung mit Synchrotronstrahlung

5 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC5 DESY - Zeuthen DESY – Zeuthen in Brandenburg: ehemaliges "Institut für Hochenergiephysik" der Akademie der Wissenschaften der DDR, seit Standort von DESY.

6 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC6 Was ist Hochenergiephysik Hochenergiephysik beschäftigt sich mit zwei der fundamentalsten Fragen: Woraus besteht die Welt? Was hält die Welt zusammen? NASA/WMAP Science Team

7 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC7 Hochenergiephysik stabile Materie γ W Z g

8 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC8 Beschleuniger: Heute und Morgen HEP Beschleuniger: LHC (Start 2007) => Nachweis des Higgs-Bosons, hohe Energie (< 14 TeV), ABER proton-proton Kollisionen ILC (Start ~2015) => Präzisionsmessungen bis 1TeV (Elektron-Positron Kollision) 1 TeV entspricht etwa die Energie einer fliegenden Mücke, sowie einer Wellenlänge von m. Länge: 20 – 30 km Energie: 500 GeV (1 TeV) t sep 300ns Q bunch 2 x Elektronen/Positronen σ x 550 nm σ y 5 nm σ z 300 μm

9 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC9 Detektoren (für ILC)

10 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC10 Detektoren im Vorwärtsbereich Entstehung von Beamstrahlung durch die hohen Ladungsdichten bei der Kollision. em Schauer

11 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC11 3.5mm W +.3mm Diamant Sensor/Lage 30 Lagen ~1.5 cm < R < ~10(+2) cm Aufbau des BeamCal Warum Diamant? Typische Sandwich-Struktur. Deponierte Energy von ~20 TeV/Kollision extreme Strahlenbelastung von ~10 MGy/a. Wahrscheinlich sind nur Diamanten in der Lage diese Dosis ohne Leistungsverlust zu absorbieren. Weitere Vorteile von Diamanten gegenüber Silizium: Hoher spez. Widerstand Hohe Wärmeleitfähigkeit Niedrige Dielektrizitätskonstante Hohe Mobilität der Ladungsträger

12 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC12 Signalentstehung in Diamant ionisierendes Teilchen Sensor h e hh h e e e h e h e Gnd -HV Trigger ADC

13 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC13 Diamant - Signale Q theo = 36 e - /μm etwa e - bei 300 μm dicken Sensoren (23000 bei Silizium) Aber: 500 e - Q gemessen 2000 e - Definition der CCD: Charge Collection Distance = (μ e τ e + μ h τ h ) E Distanz die Elektron/Loch zurücklegen, bevor Sie eingefangen werden und nicht mehr zum Signal beitragen. Diamond PMTs

14 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC14 Anforderungen an die Sensoren Linearität Homogenität Stabiler Leckstrom Vorhersagbarkeit des Verhaltens bei Bestrahlung. Keine signifikante Änderung bei Bestrahlung. Die CCD oder Effizienz ist für unsere Anwendung von geringerem Interesse. Aufgrund der Schauerbildung sind die Signale ohnehin sehr gross.

15 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC15 Leckstromverhalten

16 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC16 Mögliche Ursache - Microcracks Wirebonding funktioniert inzwischen zuverlässig. Microscope image

17 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC17 Vergleich von Signalhöhen FAP6 E6 FAP_7_2b

18 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC18 Verhalten unter Bestrahlung FAP7: Nach wenigen Gy Dosis keine Analyse mehr möglich. FAP6

19 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC19 Auswahlkriterien am IAF? Raman Spektrum PL Spektrum

20 FreiburgCh.Grah – CVD Diamanten für ILC20 Zusammenfassung & Ausblick CVD Diamanten sind (nicht nur, aber vor allem) aufgrund der erwarteten Strahlenhärte ein interessantes Sensormaterial für Experimente der Hochenergiephysik. Vorhersagbare und reproduzierbare Eigenschaften sind von großer Bedeutung. Definition von Auswahlkriterien ist noch nicht abgeschlossen. Aber: Hohe Ramangüte UND Niedriger Si- bzw. N-Anteil Fruchtbare Zusammenarbeit mit Fraunhofer IAF bisher und hoffentlich auch weiterhin.


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