MIBELETTRONICA

18 Luglio 2019

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Chi ha contribuito in questo ultimo anno

Paolo Carniti PostDoc UNIMIB

Claudio Gotti Tecnologo

Gianluigi Pessina Dir Tec

Supporti:

Alessandro Baù, Andrea Passerini

eppoi:

Stefano Banfi, Giancarlo Ceruti, Roberto Gaigher, Roberto Mazza

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Collaborazioni

INFN Sezione di Ferrara (LHCb);

Laboratorio di elettronica di LNGS (CUORE, CUPID, CRESST);

Laboratorio di elettronica di mi (DUNE).

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Di cosa ci siamo occupati tra il 2015 ed ora:

Durante l’anno trascorso ci siamo occupati di

Gr.I: CMS;

Gr.I: LHCb;

Gr.II: CUORE;

Gr.II: CUPID0;

Gr.II: CROSS;

Gr.II: DUNE;

Gr.V: COSINUS;

Contratto-conto-Terzi Tecnologix (con INFN);

Contratto-conto-Terzi ALTA-LAB (con INFN)

Varie (Per esempio Chirico con irraggiatore IR);

Didattica.

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Gr.I: CMS (1)

Lo sviluppo e la ricerca della configurazione ottimale del layout dei SiPM è continuato sfruttando differenti tecnologie costruttive.

BotPCB equalizzati nei ritardi

Kapton

Kapton

Studio in Temperatura

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10 V

-50

V

Gr.I: CMS (2)

Abbiamo sviluppato un chip con tripla funzionalità da dedicarsi alla regolazione dell’alta tensione dei SiPM per compensare gli effetti dell’irraggiamento e per regolare la tensione del front-end dei SiPM

dcdc

feas

t2ce

rnStrutture di test per il studio del danno da radiazione nella tecnologia adottata (vedi anche dopo)

1)

2)

3)

On-Semi 0.35-CMOS

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Gr.I: LHCb (1)

La costruzione del nuovo RICH di LHCb è partita. Qui la prima colonna assemblata lo scorso mese.

FronteFianco

I nostri chip stanno qui dentro

Osservazione sulla fase 1 del RICH, appena terminata: a mib si era sviluppato il sistema di distribuzione dell’HV dei fototubi (20 KV): non si sono mai riscontrati problemi e/o guasti.

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Gr.I: LHCb (2)

L’attività parallela ha riguardato lo studio del timing dei PMT ed MCP

Abbiamo poi studiato i SiPM con la radiazione e gli effetti della bassa temperatura e dell’annealing su dispositivi irraggiati:

Jitter MCP singolo fotone vs rateLaser

MC

P

Front-end

100 ns pulse width on large signals with DC coupling and no discrimination(> 10 MHz/mm2)

Excellent multiple photon signal

separation

Hamamatsu S13360-1325CS

DCR at various totalneutron fluence

Laser signal on irradiated devices

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Gr.II: CUORE/CUPID (1)

Sia CUORE che CUPID0 sono in presa dati per lo studio del decadimento ββ0ν (di Te e Se) e stanno producendo risultati di fisica.

In entrambi i casi (CUORE ha 1000 canali, CUPID circa 70) i rivelatori sono equipaggiati con elettronica sviluppata a mib.

Durante il data-taking non si sono mai verificati problemi e/o guasti riguardanti il sistema front-end.

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Gr.II: CUORE/CUPID (2)

Il prossimo passo di CUPID vorrebbe essere lo studio del decadimento ββ del Mo in una configurazione in cui si possa leggere sia il segnale termico che di luce, per potere discriminare il fondo derivante dalle particelle α.

Una fase preliminare del nuovo CUPID consiste nello sviluppo di questi nuovi rivelatori e CROSS sarà dedicato anche a questo. CROSS, acronimo di Cryogenic Rare-event Observatory with Surface Sensitivity, è un ERC Advanced grant (francese).CROSS sarà ubicato nel laboratorio sotterraneo di Canfranc, in Spagna. Per questo progetto mib si sta occupando del front-end.

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Gr.II: CUORE/CUPID (3)An

alog

chan

nel

ADCs

Out

put

switc

hes

Inpu

tsO

utpu

ts

Pow

ersu

pply

Digital controlDigital buffers

CAN bus

+ +Racks and crates, interfacing communication boards, dedicated PC’s

Anti-aliasing

+ +TCP

Everywhere

FPGA

+Proprietary Bus

Local

Una nuova strategia che stiamo andando a validare con CROSS è il passaggio da un sistema composto da moduli anti-aliasing + DAQ tradizionale e semi-commerciale:

… a schede singole coadiuvate da una FPGA in grado di gestire la rete TCP standard.

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Gr.II: DUNEIn DUNE abbiamo lavorato ad allestire il sistema di caratterizzazione dei SiPM LN2/LAr ed abbiamo anche lavorato sullo sviluppo di un nuovo amplificatore operante alla medesima temperatura, Azoto o Argon liquido.

Siamo stati fortunati nel nostro progetto: il nuovo preamplificatore mostra un rapporto S/N migliore dell’attuale amplificatore di DUNE (la quantificazione da stabilire con le prossime misure) ad una potenza dissipata minore di quasi un fattore 10.Nel prossimo prototipo di DUNE si prevede di provarlo sul campo.

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Varie 1: applicazione alla bio-fotonica

Realizzazione di un sistema di diodi nell’infrarosso, ad emissione programmabile, per attivazione di nano-particelle presenti in cerotti medicali.

Gruppo di bio-fotonica, Giberto Chirico, et al.

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Varie 2: grandi attrezzature UNIMIB, lo stato

Con Mario (Zannoni) abbiamo avuto successo con le grandi attrezzature dello scorso anno. Ora stiamo (specialmente Mario, in realtà) finendo di acquisire ed allestire gli spazi:

Acquisita: Macchina wedge/ball bonding

Montata: Camera pulita

La probe station sarà in arrivo a settembre. Tra l’altro il nostro nuovo chip per CMS prevede misure di caratterizzazione per la modellistica post-radiationcon la probe station.

Il nostro chip di CMS

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La didattica…

Didattica per:

28 Crediti:

1. Laboratorio Elettronica, III anno (6 cfu);

2. FISICA II, esercitazioni (6 cfu);

3. Elettronica (I Magistrale) (6 cfu);

4. Laboratorio di Fisica 1 (8 cfu);

5. Elettronica (Dottorato), 2 cfu.

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Gli FTE pienamente efferenti ELETBIC…

3 FTE. Suddivisioni proposte, tentativo:

CUORE/CUPID/CROSS 0.6CMS 0.7LHCb 1.3DUNE 0.2ALTRO 0.2

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Strumentazione desiderata

Rimane che servirebbe:

Oscilloscopio di media velocità, Costo stimato: ≈ 8 K (ne abbiamo preso uno lo scorso anno, ma in lab ne sono comunque rimasti 2, tutti gli altri sono in uso negli esperimenti);

2 x PC per laboratorio;

Materiale di consumo per la nuova grande attrezzatura;

Componentistica elettronica.

Diapositiva numero 1Chi ha contribuito in questo ultimo annoCollaborazioniDi cosa ci siamo occupati tra il 2015 ed ora:Gr.I: CMS (1)Gr.I: CMS (2)Gr.I: LHCb (1)Gr.I: LHCb (2)Gr.II: CUORE/CUPID (1)Gr.II: CUORE/CUPID (2)Gr.II: CUORE/CUPID (3)Gr.II: DUNEVarie 1: applicazione alla bio-fotonicaVarie 2: grandi attrezzature UNIMIB, lo statoLa didattica…Gli FTE pienamente efferenti ELETBIC…Strumentazione desiderata