Durata: 1.12.2024- 31.12.2026

Titlu proiect: Efecte induse de iradiere in senzori pe baza de Si si SiC / RADASS

Cod proiect: IFA-CERN 07/2024

Obiective proiect:

Proiectul propus aici este integrat în eforturile de cercetare ale grupurilor de lucru DRD3, WG3 – Caracterizarea daunelor provocate de radiații și funcționarea senzorilor la fluențe extreme, WG4: Simulare și WG6 – Materiale cu Bandă interzisă largă (WBG) și materiale inovatoare pentru senzori, care acoperă Foaia de parcurs DRDT 3.3 privind funcționarea la fluență extremă și se aplică tuturor celor patru directii de parcurs DRDT pentru detectoarele în stare solidă, oriunde daunele provocate de radiații sunt importante. Scopul final al proiectului este de a obține o înțelegere științifică fundamentală a proceselor de deteriorare prin radiații în materialele detectorilor de Si și SiC la niveluri de radiații scăzute, ridicate și extreme, ca o condiție prealabilă necesară pentru dezvoltarea cu succes a detectorului. Lucrările din cadrul proiectului abordează atât aspecte experimentale, cât și teoretice, acoperind întreaga gamă, de la fluențe scăzute la fluențe ridicate și extreme, dincolo de 2x10¹⁶ n_eq/cm².

Principalele obiective ale proiectului sunt:

O1) Caracterizarea deteriorării prin radiații la nivel microscopic în SiC și construirea de seturi de date privind formarea defectelor induse la fluențe de iradiere joase, mari și extreme.

O2) Stabilirea rolului lui B, C, O și P în formarea defectelor active electric în diodele Si PiN expuse la fluențe de iradiere peste 10¹⁵ n_eq/cm².

O3) Modelarea formării defectelor, dinamicii și metastabilităților în materialele iradiate cu Si și SiC în legătură cu dopajul și impuritățile extrinseci;

O4) Modelarea dispozitivelor și parametrizarea efectelor radiațiilor în Si și SiC pe un interval larg de fluență.

Caracterizările electrice și structurale vor fi efectuate pe diferite probe proiectate pentru defecte, utilizând o gamă largă de metode experimentale, potrivite pentru investigarea defectelor în probe expuse la diferite niveluri de iradiere, de la DLTS - pentru niveluri scăzute, la TSC/TSCap - pentru iradieri medii/înalte și, în continuare, la tehnici EPR și FTIR - pentru fluențe de iradiere extrem de mari (peste 1017 neq/cm2). Parametrii determinați din experimente vor fi utilizați ca valori de referință sau intrări pentru modelarea atât a generării și cineticii defectelor, cât și a proprietăților dispozitivului. Pentru modelarea teoretică se utilizează o abordare multi-scală care vizează înțelegerea proceselor fundamentale care au loc în materialele și dispozitivele Si și SiC iradiate, care combină instrumente concepute pentru a studia trecerea și impactul particulelor prin materie (Geant4, TRIM), dinamica moleculară (MD) folosind câmpuri de forță clasice implementate în LAMMPS, calcule de principiu întâi (SIESTA), simulare de dispozitive (COMSOL, TCAD) și tehnici de învățare automată pentru ocolirea simulărilor numerice intensive în contextul programelor de recoacere. Stările de defecte metastabile vor fi identificate, iar stările de tranziție corespunzătoare vor fi determinate folosind calcule cu bandă elastică nudged (NEB) și investigate în continuare prin calcule DFT.

Etape/Activitati (An)

I. Calibrarea echipamentelor, initierea procedurilor de calcul, investigatii preliminare (2024)

I.1 Investigatii DLTS in structuri neiradiate

I.2 Dezvoltarea sistemului de masura FTIR

II. Studii experimentale si teoretice in senzori iradiati (2025)

II.1 Caracterizare electrica si structurala

II.1.1. Masuratori de CV/IV, rezistivitate si efect Hall

II.1.2. Investigatii DLTS/TSC/TSCap

II.1.3. studii FTIR

II.2 Modelare si Simulari

II.2.1. Simulari GEANT4 si LAMMPS

II.2.2. Modelare numerica pentru analiza datelor TSC/TSCap si FTIR

II.2.3. Simulari ab initio (SIESTA)

III. Integrarea rezultatelor experimentale si a celor teoretice (2026)

III.1 Caracterizare electrica si structurala senzori iradiati si tratati termic

III.1.1. Investigatii DLTS/TSC/TSCap in structuri iradiate si tratate termic

III.1.2. (Investigatii CV/IV/rezistenta si mobilitate Hall in structuri iradiate si tratate termic

III.2 Modelare si Simulari

III.2.1. Modelare numerica pentru analiza datelor TSC/TSCap si FTIR

III.2.2. Simulari GEANT4 si LAMMPS

III.2.3. Simulari ab initio (SIESTA)

III.2.4. Parametrizare efecte induse de iradiere