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Low-temperature technique of very thin silicon ion implanted epitaxial detectors

A new technique of large-area thin ion implanted silicon detectors has been developed by the FAZIA Collaboration. Preliminary results of these detectors used as a first stage in a ΔE − E telescope are very encouraging, allowing charge identification in the range Z = 2–25, at low energy thresholds.
Colour plot of ΔE (Si1) − E (Si2) of ions traversing a ΔE − E telescope. Bands correspond to various identified ions.

DIFA Authors: M. Bruno, L. Morelli

DOI: 10.1140/epja/i2015-15015-2

Web: http://fazia.in2p3.fr

Publication: A.J. Kordyasz  et al. Eur. Phys. J. A (2015) 51: 15

The essence of the new technique is the application of a low- temperature baking process instead of high-temperature annealing. This thermal treatment is performed after B+ ion implantation and Al evaporation of detector contacts, made by using a single adjusted Al mask. Extremely thin silicon pads can be therefore obtained. Preliminary tests on the first thin detector (area 20×20 mm2)  were performed at the INFN-LNS cyclotron in Catania (Italy) using products emitted in the heavy-ion reaction 84Kr(E = 35 AMeV)+112Sn. The ΔE − E ion identification plot was obtained using a telescope consisting of our thin ΔE detector (21 μm thick) followed by a typical FAZIA 510 μm E detector of the same active area. The possibility to distinguish different charges and ions is clearly seen by separation of the bands in the picture. The detection threshold is lower than 2 AMeV depending on the ion charge.

These very thin detectors will allow to use FAZIA apparatus in future experiments at Laboratori Nazionali di Legnaro with SPES radioactive beams.

Nuova tecnica di produzione di rivelatori al silicio molto sottili

Una nuova tecnica per la realizzazione di rivelatori al silicio sottili di grande superficie è stata sviluppata dalla collaborazione FAZIA. Risultati preliminari di questi rivelatori usati in un telescopio ΔE − E sono molto incoraggianti, avendo permesso l’identificazione delle cariche nell’intervallo Z = 2–25, a basse energie.

La tecnica utilizzata per produrre i rivelatori consiste in un processo di cottura a bassa temperatura, invece della ricottura ad alta temperatura generalmente usata. Il trattamento termico è effettuato dopo il processo di impiantazione ionica di B+ ed evaporazione di Alluminio dei contatti del rivelatore, usando una singola maschera di Alluminio. Possono così essere ottenuti rivelatori estremamente sottili. Test preliminari sul primo rivelatore sottile (area 20×20 mm2) sono stati effettuati al ciclotrone CS del  INFN-LNS a Catania, utilizzando i prodotti di una reazione nucleare fra ioni pesanti 84Kr(E = 35 AMeV)+112Sn. L’identificazione dei prodotti è stata ottenuta tramite una matrice ΔE − E utilizzando un telescopio con il rivelatore sottile come ΔE (spessore 21 μm) seguito come E da un rivelatore al silicio tipico dell’apparato FAZIA di spessore 510 μm e della stessa area attiva. La matrice ΔE − E è mostrata in figura, dove si notano bande ben separate che corrispondono ai diversi ioni.

Questi rivelatori molto sottili permetteranno di poter utilizzare l’apparato FAZIA anche in esperimenti futuri presso i Laboratori Nazionali di Legnaro con i fasci radioattivi di SPES.