中国科学院高能物理研究所（实验物理中心）：阻性MicroMEGAS研究进展（祁辉荣、范胜男、刘梅、欧阳群）

阻性 MiCroMegas研究进展 祁辉荣范胜男刘梅欧阳群 实验物理中心 探测器一组

阻性MicroMEGAS研究进展 祁辉荣 范胜男 刘梅 欧阳群 实验物理中心 探测器一组

主要内容 研制基础和目标 MM-GEM探测器研究 阻性 MicroMEGas研究 ■进展和计划 小结

主要内容  研制基础和目标  MM-GEM探测器研究  阻性MicroMEGAS研究  进展和计划  小结

研制基础 ■■ 几 ll■■ 0o 基于Buk制作工艺 有效面积~25mm 能量分辨率16%a55Fe Buk制作工艺示意图 工作气体:Ar/SO(95/5) 支撑柱高度128μm 支撑柱直径300μm 漂移区3~4mm 工作电压~400V 最高增益>10000 流气工作模式 一维条读出结构 Entries x/ndf 1555/12 0.26±0,00 30mmX30mm探测器实物图 位置分辨率-78m

研制基础  基于Bulk制作工艺  有效面积~25mm2  工作气体:Ar/ISO(95/5)  支撑柱高度128µm  支撑柱直径300µm  漂移区3~4mm  工作电压~400V  流气工作模式  一维条读出结构 PCB Bulk制作工艺示意图 30mmX30mm探测器实物图 能量分辨率16%@55Fe 最高增益>10000 位置分辨率~78µm

研制目标 有效探测面积200mm 采用阻性读出 抑制打火现象 可满足同步辐射高计数率(>100kHz/cm2)下工作 同时实现同步辐射位置分辨率(~200μm)要求 可用于部分同步辐射实验站测量的阻性 MicroMEGAs

研制目标  有效探测面积200mm2  采用阻性读出  抑制打火现象  可满足同步辐射高计数率（>100kHz/cm2）下工作  同时实现同步辐射位置分辨率（~200µm）要求  可用于部分同步辐射实验站测量的阻性MicroMEGAS

MM-GEM探测器研究1 Drift plane conve ersion gap 研究目的 transfer gap a采用预放大方法研究抑制打火方法 ■■ Micromesh 口分析电荷分布与打火关系 and pillars 口为阻性读出方法提供研制经验 Anode plane MicroMEgAs+GEM探测器结构 (微网上方1.4mm处,加一层标准GEM) 6004919 07 MM-GEM组装示意

MM-GEM探测器研究1  研究目的：  采用预放大方法研究抑制打火方法  分析电荷分布与打火关系  为阻性读出方法提供研制经验 MicroMEGAS+GEM探测器结构 （微网上方1.4mm处，加一层标准GEM） MM-GEM组装示意

MM-GEM探测器研究2 微网最佳透过率下的场强比 2500 最优电场分配的测量 2000 分别改变电场分配关系 1500 测量电子透过率 95%Ar+5%ISo(Mesh=370V) 微网两端场强最佳比值 为216.8 口GEM与漂移区最佳场强比 216.8 1000 V-avalanche/V-transfer 为67.08 增益测量 MicroMEGAS电场分配测量 MM-GEM稳定工作 GEM膜最佳透过率下的场强比 有效增益明显提高 1000000 GEM:230V GEM:250V GEM:290V 95%Ar+5%so(esh=270V, GEM=280v) GEM: 310V 1000 指数(GEM=230 67.08 指数(GEM=270 V-Gem/v-conversion 指数(GEM=290 Mesh Voltage(V) 指数GEM=310 GEM电场分配测量 有效增益比较

MM-GEM探测器研究2  最优电场分配的测量  分别改变电场分配关系  测量电子透过率  微网两端场强最佳比值 为216.8  GEM与漂移区最佳场强比 为67.08  增益测量  MM-GEM稳定工作  有效增益明显提高 MicroMEGAS电场分配测量 GEM电场分配测量 有效增益比较

MM-GEM探测器研究3 2; 能量分辨率测量 40 探测器稳定工作 30 口能量分辨率-21% a与GEM工作电压关系不大 10 与 MicroMEGAS工作电压关系不大 012001400160018002 2400 信号上升时间测量 能量分辨率21%a55Fe 口1000次信号统计结果 口与 MM-GEM有效增益相关 口138ns~145ns之间 Rise Time 00060008000100001200014000160001800020000 能量分辨率与GEM、MM工作电压关系 输出信号上升时间与有效增益的关系

MM-GEM探测器研究3  能量分辨率测量  探测器稳定工作  能量分辨率~21%  与GEM工作电压关系不大  与MicroMEGAS工作电压关系不大  信号上升时间测量  1000次信号统计结果  与MM-GEM有效增益相关  138ns~145ns之间 能量分辨率21%@55Fe 能量分辨率与GEM、MM工作电压关系 输出信号上升时间与有效增益的关系

MM-GEM探测器研究4 圖国 打火率测量 MCA Drift electrode 获取记录时间6小时 打火信号幅度为正常全能峰幅度4倍以上 Micro-mesh Ortec 口电荷量0.57Ca增益15000y超2f定义为打火 预放大GEM,可以在更高增益下实现MM工作 打火和局部空间电荷量有关 [ 在一定范围内,打火与总电荷量关系不大 打火率测试示意图 100E07 800E08 A GEM=290V 传输区14mm ■GEM=310 600E-08 400E-08 200E08 10E11 00 10000 15000 20000 25000 打火率与有效增益关系 (X: MM-GEM有效增益;Y:打火次数获取事例率)

MM-GEM探测器研究4 打火率测试示意图 打火率与有效增益关系 (X:MM-GEM有效增益；Y:打火次数/获取事例率)  打火率测量  获取记录时间6小时  打火信号幅度为正常全能峰幅度4倍以上  电荷量0.57fC@增益15000；超2fC定义为打火  预放大GEM，可以在更高增益下实现MM工作  打火和局部空间电荷量有关  在一定范围内，打火与总电荷量关系不大

阻性 MicroMEGAs研究1 Mesh support pillar Resistive strip 05-100Mcm 阻性读出方法 a改变局部空间电荷积累,降低打火率 扩散电荷密度分布 扩大电荷信号分布范围 Insulate Cu readout strip 口高计数率下可以工作 阻性条工艺 阻性条+读出条工艺 阻性膜工艺 ( ATLAS的Muon探测器升级中 已有四块100mm探测器安装在探测点 阻性条工艺 实测最高计数率200k-300kHz(m2) 采用杜邦公司PC1025 electrons 难以购买到 GEM 1 阻性膜工艺 GEM 2 二二二二二 blanche 合适的阻性值材料 resistive foil 表面平整度要求较高 阻性膜+读出条工艺 (ILC-TPC探测器上应用 该工艺关键选择合适的阻性材料 阻性材料的平整度有要求)

阻性MicroMEGAS研究1  阻性读出方法  改变局部空间电荷积累，降低打火率  扩散电荷密度分布  扩大电荷信号分布范围  高计数率下可以工作  阻性条工艺  阻性膜工艺  阻性条工艺  采用杜邦公司PC1025  难以购买到  阻性膜工艺  合适的阻性值材料  表面平整度要求较高 阻性条+读出条工艺 （ATLAS的Muon探测器升级中 已有四块100mm2探测器安装在探测点 实测最高计数率200k~300kHz/cm2） 阻性膜+读出条工艺 （ILC-TPC探测器上应用 该工艺关键选择合适的阻性材料 阻性材料的平整度有要求）

阻性 MicroMEGAs研究2 Drift electrode 思路 电木板阻性材料方法 Avalanche electrode 采用单面喷有石墨的电木板 Bakelite plate 口电木板面电阻率为5M/口 口体电阻率为~10179cm 口厚度为2.2mm&1.1mm a电木板喷有石墨的面接地 电木板阻性读出示意图 1号板 一2号板 时间(Min) 电木板阻性读出组装实物图 电木板面电阻随温度的变化a160°C

阻性MicroMEGAS研究2  思路1  电木板阻性材料方法  采用单面喷有石墨的电木板  电木板面电阻率为~5MΩ/□  体电阻率为~ 1017Ω•cm  厚度为2.2mm&1.1mm  电木板喷有石墨的面接地 电木板阻性读出示意图 电木板阻性读出组装实物图 电木板面电阻随温度的变化@160°C