Аннотация НИР

Аннотация* проекта, выполненного в рамках ФЦП Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Государственный контракт №02.740.11.5115 от « 9 » марта 2010 г.
Тема: «РАЗРАБОТКА НОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛОВ»
Исполнитель:
Научно-исследовательский
институт
ядерной
физики
имени
Д.В.Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
(НИИЯФ МГУ), 119991,г. Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 2.
Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, интегральная схема,
кремниевый микростриповый детектор
1.
Цель проекта
1. Разработка и создание новых типов полупроводниковых детекторов ионизирующего
излучения для очень широкого круга применения, таких как, фундаментальные исследования
в области физики высоких энергий, ядерной физике, физике космических лучей, ядерной
энергетике, медицине, безопасности и др., разработка многоканальных специализированных
микросхем съема, обработки и передачи сигнала с кремниевых детекторов, проведение
моделирования по разработке детекторов и интегрированных на одной пластине ИС
считывающей электроники..
2. Разработаны двусторонние координатно-чувствительные детекторы и специализированая
многоканальная интегральная микросхема с уникальными параметрами по динамическому
диапазону регистрируемого сигнала. Зарегистрированы топологии 4-х приборов.
2.
Основные результаты проекта
1) Выбрана технология, маршрут проектирования и состав создаваемой библиотеки сложнофункциональных блоков. Проведено функциональное (поведенческое) моделирование 32-х
канальной ИС - микросистемы на кристалле с функциями съема, фильтрации и пост
обработки для синхронизируемых физических экспериментов. Разработана схемотехника
сложно-функциональных блоков и проведено их проектирование. Сделано проектирование
полной схемы и верифицированной топологии 32-х канальной ИС. Проведено проектирование
двустороннего детектора. Изготовлены опытные образцы двустороннего детектора.
Разработаны методика и стенд (в виде печатного узла) для лабораторного испытания опытных
партий ИС и детекторов. Проведены лабораторные испытания. Проведены пучковые
испытания. Проведено 4 семинара.
2) Характеристики разработанных детекторов:
- размер кристалла (чувствительной области) - 40 х 60 мм2,
- шаг стрипов по обеим сторонам 58 мкм,
- рабочее напряжение - 150 В,
- общий ток утечки не более 7.5 нА/см2 ,
- число каналов - 2048: (1024 на каждой стороне),
- угол между стрипами разных сторон +7.5 о / - 7.5о
Характеристики разработанных 32-канальных ИС:
- потребляемая мощность - 2.5 мВт/канал,
- динамический диапазон - 38000,
- соотношение сигнал/ шум для минимального сигнала входная емкость 50 пФ - 5,
*
1. Аннотация оформляется в гарнитуре Times New Roman шрифтом 12 с интервалом 1. Максимальный объем
аннотации 9 стр. (при наличии иллюстративного материала 11 стр.).
2. Исполнитель несет ответственность за точность и обоснованность информации, представленной в данной
аннотации. Заказчик оставляет за собой право выборочной проверки сведений, представленных в аннотации.
3. При необходимости для описания характеристик полученных результатов могут быть приведены
иллюстрационные материалы: фотографии, схемы, графики и др.
4. Текст аннотации должен дать возможность Заказчику использовать его для публикации в сборниках
презентаций научных исследований и разработок.
1
- емкость детекторов до 100 пФ.
3) Впервые в России разработаны двухкоординатные кремниевые детекторы большой
площади с пространственным разрешением для бинарного съема сигнала не хуже 18 мкм. В
случае использования аналогового съема сигнала и анализа амплитуд в каналах разрешение
определяется параметрами считывающей электроники и может достигать единиц микрон.
Впервые для кремниевых детекторов использована технология двойной металлизации для
съема сигнала с одной стороны детектора.
Впервые в России разработана специализированная интегральная микросхема (СИМС)
содержащая 32 аналоговых канала считывания и аналоговый мультиплексор. Для получения
большого динамического диапазона (до 40000), была использована схемотехника входного
усилителя с билинейной характеристикой, что позволило сократить энергопотребление до 2.5
мВт/канал и существенно уменьшить разрядность аналогово-цифрового преобразователя без
потери точности и динамического диапазона.
4)
Двусторонние
кремниевые
детекторы
производятся
компанией
CiS
(http://www.cismst.org/en/profil/institut/), однако эта компания производит детекторы по
упрощенной технологии с т.н. FOXFEET резистором, что в значительной степени снижает
радиационную стойкость этих приборов и серьезно ограничивает область применения, так,
например, подобные детекторы не применимы для трековых систем экспериментов CBM на
ускорительном комплексе FAIR (GSI , Дармштадт, Германия) и для MPD детектора на
ускорителе NICA (ОИЯИ, Дубна). В разработанных детекторах использована технология
поликремниевых резисторов смещения, которых не изменяют своих параметров в процессе
облучения до доз 10 Мрад.
Ряд СИМС для считывания сигнала с кремниевых детекторов производится малыми
партиями компанией Gamma Medica, Inc. (Норвегия - http://www.ideas.no/), однако СИМС с
таким динамическим диапазоном в мире не производится.
3.
Назначение и область применения результатов проекта (не более 1 стр.)
В первую очередь результаты НИР будут применяться и уже применяются в
фундаментальных исследованиях в области физики высоких энергий, ядерной физике, физике
космических лучей. Так, например, использование двусторонних микростриповых детекторов
планируется в эксперименте СВМ (http://cbm-wiki.gsi.de/cgi-bin/view/STS/WebHome , проект
ФАИР, Дармштадт, Германия) и в эксперименте MPD на строящемся ионном коллайдере NICA (http://nica.jinr.ru/, ОИЯИ, Дубна). На основе разработанных сенсоров были изготовлены
прототипы модулей трековых систем для указанных экспериментов.
Разработанную в рамках НИР специализированную микросхему планируется
использовать в космическом эксперименте «НУКЛОН» (http://nucleon.sinp.msu.ru/index.php). В
октябре – ноябре 2011 года были проведены пучковые (на ускорителе SPS в ЦЕРНе)
испытания микросхемы в составе прототипа миникалориметра эксперимента «НУКЛОН»,
предварительные результаты приведены в отчете.
Результаты НИР будут применены в модернизации эксперимента СВД-2
(http://silab.sinp.msu.ru/Projects/svd_ru.html), которая проводится в связи с переходом
ускорителя У-70 на ионный пучок (рабочее название СВД-3).
Разработки проведенные в рамках НИР могут быть использованы в ядерной энергетике,
медицине, безопасности и др., везде где необходима регистрация ионизирующего излучения.
Следует отметить, что полупроводниковые детекторы чувствительны ко всем видаи
ионизирующего излучения, а при небольшой модернизации могут применяться для
регистрации нейтронов;
Проведенная НИР будет способствовать развитию технологии полупроводниковых
детекторов в России в наиболее актуальной ее части , а именно в развитии двухсторонной
детекторов с двойной металлизацией.
Коммерциализация проектом не предусмотрена
В качестве рынков сбыта могут рассматриваться крупные эксперименты в области физики
высоких энергий, ядерной физики и физики космических лучей. В ближайшие 5 лет это: эксперименты
проекта ФАИР ( http://www.gsi.de/portrait/fair_e.html ) , MPD/NICA, кремниевая трековая система
2
эксперимента CLAS12 (http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/sildet/index.html) и ряд экспериментов в
области физики космических лучей на спутниках и воздушных шарах.
4.
Достижения молодых исследователей – участников Проекта
«В проекте принимал участие молодой исследователь Кудряшов И.А, м.н.с.. При его
непосредственном участии был разработан стенд для тестирования специализированных
микросхем, стенд обладает очень широкими возможностями по тестированию и контролю
различных параметров микросхем, стенд полностью соответствует мировому уровню для
подобных устройств, что позволило провести доскональное тестирование разработанной
микросхемы, а в будущем стенд будет использоваться для задач тестирования любых
микросхем и позволит продолжить разработку новых приборов.
В проекте принимал участие молодой исследователь Дементьев Д.В, студент
физического факультета МГУ. При его непосредственном участии был собран прототип
микрокалориметра на основе, разработанной в рамках проекта микросхемы, показана
работоспособность канала считывания. Проведенные исследования стали основой для
дипломной работы, защита которой запланирована на 27 декабря 2011 г.
В проекте принимал участие молодой исследователь Курбатов Е.О, студент
физического факультета МГУ, затем аспирант и М.Н.С. НИИЯФ МГУ. При его
непосредственном участии проводилось моделирование трековой системы и оптимизация
геометрии детекторов.
В проекте принимал участие молодой исследователь Рогожин С.В, аспирант
физического факультета МГУ. При его непосредственном участии проводилось тестирование
модулей детекторов и электроники.
В работе так же принимали участие:
студент 4/5 курса физического факультета МГУ Лобанов А.,
студент 4 курса МИФИ Ленок В.
их вклад в проект был незначительным, однако это способствовало закреплению
молодых исследователей в НИИЯФ МГУ, приняты на работу по совместительству в качестве
техника-программиста.
5.
Опыт закрепления молодых исследователей – участников Проекта в
области науки, образования и высоких технологий
Курбатов Е.О. – поступил в аспирантуру физического факультета МГУ, принят на
работу 0.5 ставки в НИИЯФ МГУ по совместительству на должность м.н.с.;
Лобанов А. – принят на работу по совместительству на 0.5 ставки на должность
техника-программиста;
Ленок В. – принят на работу по совместительству на 0.5 ставки на должность техникапрограммиста,
Дементьев Д.В. – планирует поступление в аспирантуру ОИЯИ.
6.
Перспективы развития исследований (не более 1 стр.)
1) Информация о том, насколько участие в ФЦП способствовало формированию
новых исследовательских партнерств. Участвует ли НОЦ в проектах по 7-й рамочной
Программе Евросоюза (с указанием названия проектов и перечня партнеров по ним).
2) Краткая информация о проектах научного коллектива по аналогичной тематике.
3) Информация о том, сотрудничество с какими странами и исследовательскими
центрами может способствовать наибольшей отдаче для развития в России технологий в
области исследования, а также для выхода российской продукции на региональные и
глобальные рынки.
7.
Вклад приглашенного руководителя в проект (не более 0,5 стр.)
Положительные и негативные аспекты опыта взаимодействия научного коллектива с
приглашенным руководителем. В чем состоял вклад приглашенного руководителя для
получения научных результатов и повышения научного уровня членов коллектива (новые
знания; доступ к дополнительным информационным ресурсам, которых ранее у научного
3
коллектива не было; новые методики работы и проведения исследования; управление
исследовательской работой, контакты с зарубежными научными организациями, благодаря
которым был достигнут результат и т.д.)
Описание значимости проведенных семинаров под руководством приглашенного
руководителя в достижении цели исследования.
Представление информации о проведенных семинарах в таблице:
№
Название семинара
Дата и Количество участников семинара
Краткое
место
студе Аспир КН ДН Друго описание связи
проведе нтов антов
содержания
е
ния
семинара с
и
(указа
сутью проекта
соиск
ть)
ателей
… …
…
…
…
8.
Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД),
полученные в рамках исследования, разработки
Перечень созданных охраняемых результатов интеллектуальной деятельности (далее - РИД**), на
которые получены охранные документы (патенты, свидетельства о регистрации, документы,
обеспечивающие режим «коммерческой тайны») или поданы заявки на их получение:

топология интегральной микросхемы (ИМС);
Данные представляются в таблице:
№
Вид
Название
Вид
№ документа/
Дата выдачи
Страна
охраняемо
охранного
№заявки
документа/дата патентов
го РИД
документа
подачи заявки
ания
1 Топология
Тридцати двух
Свидетельст
2010630090
8 сентября
РФ
ИМС
канальная
во о
2010 г.
СИМС
регистрации
2 Топология
Падовый
Заявка
2011630086
8 ноября 2011
РФ
ИМС
калориметричес
кий сенсор
3 Топология
Двусторонний
Заявка
2011630087
8 ноября 2011
РФ
ИМС
микростриповы
й сенсор
4 Топология
Стриповый
Заявка
2011630088
8 ноября 2011
РФ
ИМС
сенсор
№
…
№
**
9.
Список публикаций в рамках проекта
Ф.И.О.
Наименова
Наименование
участника
ние
публикации на языке
проекта
публикаци
оригинала (для
и на
иностранных
русском
публикаций)
языке
Реквизиты
издания,
опублико
вавшего
работу
Статус
журнала
(список
ВАК,
другой)
Краткое
описание
связи
содержания
публикации с
результатами
проекта
…
…
…
…
…
…
10.
Диссертации, представленные к защите в рамках проекта
Ф.И.О.
Наименов
Вид
Наименов Номер
Дата
участника
ание
диссертац
ание и
диссерт защиты
Краткое
описание
См. ГК РФ часть 4, глава 69 статья 1225.
4
проекта
…
…
ии
шифр
ационно
(кандидат научной
го
ская;
специальн совета
докторска
ости
я)
…
…
диссерт
ации
(фактич
еская
или
планова
я дата)
…
…
…
связи
содержания
диссертации с
результатами
проекта
…
11.
Выступления на конференциях
Ф.И.О.
Наименование Наименование
Название
участника
доклада на
доклада на
конференции,
проекта
русском языке
языке
дата и место
оригинала (для
проведения
международных
конференций)
№
…
диссертац
ии
…
…
Краткое описание
связи содержания
доклада с
результатами
проекта
…
12.
Внедрение результатов проекта в образовательный процесс
№ Наименов
Тип
Уров
Статус
Програм Уровень Потен2
ание
программ
ень
програм
ма
целевой циальобразоват
ы1
мы3
разработа группы5 ные заельной
на в
казчипрограмм
соответст
ки 6
ы
вии со
(геогра
стандарто
фия
4
м
слушат
елей)
… …
…
…
…
…
…
…
Планир
уемое
количес
тво
слушате
лей (в
год)
…
Руководитель работ по проекту
Должность
___ __________ 20__ г.
М.П.
_________________ И.О.Фамилия
Варианты ответов: основная образовательная программа; программа дополнительного образования.
Варианты ответов: программа повышения квалификации; программа переподготовки; специалитет;
бакалавриат; магистратура; аспирантура; другое (наименование).
3
Варианты ответов: доработка имеющейся аналогичной программы; новая программа для вуза; уникальная
программа для российской высшей школы.
4
Варианты ответов: стандарты третьего поколения; собственные стандарты вуза
5
Варианты ответов: студенты 1 (2,3,4,5,6) курса; аспиранты 1 (2,3) года подготовки; сотрудники профильных
предприятий; другое (наименование).
6
Здесь указывается география потенциального спроса на программу (кем может быть востребована программа).
Варианты ответов: РФ; СНГ; Европа; США; другое (наименование).
1
2
5