R&D R&D Micromegas les Bulks

2 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Journée détecteurs 2005 La R&D micromegas au SEDI Bulk –Le bulk: pourquoi? comment ? pour qui ? –Le labo de confection de bulk à Saclay –Réalisations de bulks classiques et exotiques –Des manips avec du bulk: T2K, DEMIN –Upgrade du labo R&D bulk –Valorisation bulk Question: –Bulk in situ à Saclay ? –R&D SEDI avec le DAPNIA ?

3 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Budget de fonctionnement 2005 : Approvisionnement: 30 K€ Mission: 10 k€ Membres SEDI ( RH total ~ 2,5 h.ans ) Thèmes de recherche –La couche résistive –La photodétection –Le Micromegas micropixels –les bulks, la sectorisation de la mesh (+ le SIS) le double étage bulk mince et flexible La R&D Micromegas au SEDI I. GIOMATARIS (RS) S. AUNE (CP) A. GIGANON E. FERRER M. BOYERO. MEUNIERF. JEANNEAU J. PANCIN A. DELBART

4 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Micromegas principle Gaz (ex: Ar + 5% isobutane) Dérive (HT 2) Lecture des pistes Particule ionisante Mesh (HT 1) e-e- Espace de Conversion: 1 mm à 1 m Espace d’amplification ~ 100  m E ~ 50 kV/cm E ~ 1kV/cm pistes

5 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Micromegas classique Le cœur de micromegas est sa mesh qui délimite l’espace d’amplification (~ 25 à 200 microns). Un Micromegas classique a une mesh collée sur un cadre. Le cadre est vissé sur un plancher de lecture (PCB). L’espace d’amplification est obtenu par des plots montés soit sur la mesh soit sur le plancher. Les plots sont généralement faits de photoresist pour les planchers et de kapton pour les « meshs plotées » CERN La mise en œuvre est délicate sans A. GIGANON Mesh Cu sur bride (CERN) Détail des plots Kapton

6 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Bulk: concept de réalisation PCB Photoresist 1 Photoresist 2 Mesh UV 1) PCB nettoyé (strips, pixels,…) 2) Laminage du photoresist (50 à 150 microns ) 3) Dépose d’une mesh (tissu inox de 19 microns, 500 LPI) 4) Laminage du photoresist (50 à 500 microns) 5) Insolation UV au travers un masque 6) Développement (solution de carbonate de soude) 7) Durcissement (UV et four) Masque 2 à 4 mm 50 à 100  m Plots:  200 à 400 micron Mini: 4 mm

7 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Bulk: les avantages Gain d’un bulk par rapport à un Micromegas classique: Mesh emprisonnée entre des plots. –Fiabilité, robustesse –Protection de la mesh (vs outils, doigts,...) –Protection de la zone d’amplification (vs poussières) –Facilité de mise en œuvre –Coût modéré –Disparition du cadre mesh: mosaïque de bulk Flexibilité (au propre et au figuré) Processus de fabrication « industrialisable »: gd série

8 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Historique du bulk Idée du bulk par Ioannis et Rui Livraison des premiers bulks du CERN, test à Saclay Décision d’investir dans un labo de R&D bulk à Saclay (30 K€) Livraison première machine à Saclay Confection de bulk à Saclay: manque de puissance UV, réalisations classiques et exotiques décision d’investir dans un insolateur laser (45 k€, livraison 2006) Tests de bulks du CERN pour T2K Valorisation possible (Thermo,...) 2007 Insolation laser et nouveau laboratoire

9 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Labo R&D bulk: Laminage But : faire un sandwich avec la mesh entre deux couches de photoresist sur un PCB 1. Laminage de la 1 er couche de photoresist sur le PCB. 2. Pose de la mesh. (avec un cadre de transfert) 3. Laminage de la 2 nde couche de photoresist sur la mesh laminateur1 er couche

10 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Labo R&D bulk: Insolation But: polymérisation du photoresist selon le schéma souhaité.  insolateur UV avec masque (bordure, plots, …) (donnée Vacrel: = 350 à 450 nm, 0.2 J/cm 2 sur 30 s)  manque de puissance: insolation entre les laminages: bonne idée ! insolateur sandwich de photoresist sous masque

11 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Labo R&D bulk: Développement et durcissement But: dissoudre le photoresist non insolé.  fait dans développeur avec une solution de 1 % carbonate de soude (T = 40 °C, application sous jet)  durcissement: complète la polymérisation (four: 1 heure à 150 °C, UV : 5 J/cm2 ) Unité de développementBulk avant développement

12 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Résultats classiques, Photos Bulk avec une anode centrale équipé d’une couche résistive Plots de 300 microns au pas de 1 mm

13 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Résultat: bulk mince et flexible Bulk sur Mylar (50  m) stripé Résistance infinie anode/mesh Réalisation de bulks sur des supports minces. Bulk courbe (exemple d’application :TPC cylindrique) Bulk mince (« low budget material »: concurrence le silicium ?) Bulk sur Kapton (200  m) cuivré testé courbé à 650 V (air)

14 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Bulk mesh sectorisé (collaboration SEDI – SIS) But: sectoriser la mesh en plusieurs bandes (100 à 1000) pour: –Diminuer la capacité mesh/anode Diminuer la charge d’une étincelle (protection totale) Diminuer le temps mort dû aux étincelles –Possibilité détection X,Y (lecture des secteurs de mesh) –Grand bulk (1 m 2 ) avec plusieurs meshs Découpe de la mesh sur un mur de photoresist 100  m Largeur de la découpe: 70  m sur la mesh 5  m sur le photoresist

15 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Resultats, gain d’un bulk Bulk n° x 10 cm 2, anode centrale avec mesh tissée en inox

16 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Resultat: résolution en énergie Bulk n° x 10 cm 2, anode centrale avec mesh tissée en inox (paramètre identique que la courbe de gain)

17 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE 27 cm -2 détecteurs « bulk » Micromegas de 1024 pads de 8x8 mm 2 chacun - détecteurs collés sur support mécanique et insérés dans la bride avec un joint d’étanchéité pour montage- démontage des détecteurs - 75% de ces pads équipés d’électronique de lecture (1536 voies) - Electronique de lecture Front-End à base de circuits ALTRO utilisés pour la lecture des chambres d’ALICE 8 mm 6 mm UP 350 V DOWN 350 V Guard ring 350 V Prise de données (4/11-30/11) Plan de lecture PadsMontage sur la cage Transparents T2K: A. DELBART T2K: Tests cosmiques sur HARP/TPC

18 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE T2K:un des premiers événements (9/11/2005) - Gaz : Ar + 2% isobutane + 3% CF4 - Champ électrique de dérive = 160 V/cm  ve - ~ 6 cm/  s, diffusion transverse ~250  m/cm 1/2 - Gain Micromegas ~ 5000 (Vmeh=350 V) - Champ magnétique : B=0.2 Tesla Analyse des événements en cours : résolution spatiale, homogénéité de réponse, effet de bord, etc … Détecteur UP Détecteur Down 256 pads du détecteur non équipés d’électronique 128 voies non lues Raw Data !!! (très préliminaire) 256 pads du détecteur non équipés d’électronique

19 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE T2K: un autre evenement (mêmes conditions)

20 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE T2K: Des photos du détecteur

21 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE 27 cm

22 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Bulk à la DAM Pulse shape n /  discrimination Bulk CERN DEMIN: DEtecteur MIcromegas de Neutrons Convertisseur de 2 mm de polypropylène posé sur les plots supérieurs (500 microns) Data: M.HOURI (DAM)

23 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Valorisation chez Thermo Electron Corp. Valorisation d’un bulk pour la fluorescence (suite à CAST) –1 er test concluant. –Un détecteur en cours d’essai in situ par Thermo. –Rédaction en 2006 d’un contrat pour la fabrication de détecteurs ou la cession d’une licence Micromegas

24 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Bulk: R&D en 2006  Mesh  Utilisation de mesh fine (5  m Cu, Ni 3  m)  1 er test: résolution en énergie de 16 % (Cd: 22 Kev)  Photoresist  Essais d’autres photoresist (liquide ?)  Insolation  Utilisation du laser (polymérisation et ablation): sculpter la matière...  I have a Dream…  Bulk avec dérive intégrée  Bulk avec dérive et gaz... Test d’insolation laser

25 Journée Thématique Détecteurs 2005 DAPNIA/SEDI: Stéphan AUNE Questions sur le bulk « Usine » à bulk: perspective bulk: T2K, FAIR (GSI),... –Le SEDI doit-il investir dans des moyens de fabrication de bulks ? acheter et donc dépendre du CERN ? collaborer avec le CERN et avoir les moyens de fabrication à Saclay ? Sous-traiter à un industriel ? Valorisation (neutronique) ? –La question, à mon sens, n’est pas de savoir si il existe des applications possibles: la réponse est OUI. La question devient: quelles sont les applications ? Ouverture plus grande de la R&D Micromegas: – au SIS ? – aux services de physique ? (avons-nous des trésors cachés ?)