59 research outputs found

    Advanced experimental techniques for SiPM characterization at cryogenic temperatures

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    The main topic of this thesis is the characterization of silicon photomultipliers (SiPM) detectors for the DUNE experiment, in particular for the ProtoDUNE-HD and DUNE-FD1 modules, and the development of novel experimental setups and techniques to perform this task. The initial overview of DUNE outlines the main features of the experiment (underlying physics, scientific program and current design for single components), giving particular attention to the first of the four DUNE far detector modules (DUNE-FD1). This includes the general working principles of a LArTPC, the current plan for the DUNE-FD1 design and lastly the role of SiPMs in this design (i.e. fundamental units of the photon detection system PDS). A brief description of the ProtoDUNE2-HD detector is also reported, since it shares the same PDS design with the DUNE-FD1 detector. A detailed description of the SiPM fundamental properties and working principles is also reported, discussing the most important parameters involved in their characterization (in the context of the DUNE experiment). The presented work falls in the context of the SiPM test campaign engaged by the DUNE PDS consortium to down-select and test SiPMs for both the ProtoDUNE-HD and DUNE-FD1 detectors. The Ferrara group took active participation on both the first test phase, that consisted in the full characterization of single sensors to down-select two SiPM models as most promising devices, and the second phase, which is a quality assurance test campaign for a large number of SiPMs of the selected models. The Ferrara group, together with the Bologna group, developed a custom apparatus (CACTUS) to perform fast and automatized characterizations in order to leverage the time involved in the aforementioned massive SiPM test campaign. This apparatus was used for test the ProtoDUNE2-HD SiPM production (6000 units), which resulted in all the sensors being within the DUNE specifications (failure rate around 0.05%), and it is currently operating for the DUNEFD1-HD SiPM characterization campaign (288000 units). The CACTUS system permits to characterize automatically up to 120 SiPMs in parallel, both at room temperature and at LN2 temperature, in a single measurement session, and it is planned to be installed in other 3 sites to join the DUNEFD1-HD SiPM characterization campaign in 2023.Il tema principale di questo trattato è lo sviluppo di apparati di misura e procedure sperimentali per la caratterizzazione delle proprietà optoelettroniche di fotomoltiplicatori al Silicio (SiPMs) nel contesto dell’esperimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), al fine di predisporre il loro utilizzo nei rivelatori ProtoDUNE-HD e DUNE-FD1. Inizialmente viene fornita una visione generale dell’esperimento DUNE, in cui vengono descritti i punti salienti del programma scientifico, la teoria fisica sottostante, e il design attualmente previsto per le singole componenti. La descrizione diventa più dettagliata per quanto riguarda il primo modulo del far detector (DUNE-FD1), dato che i SiPM in questione verranno utilizzati come unità fondamentale del sistema di foto-rivelazione (PDS) della camera a proiezione temporale ad argon liquido (LArTPC). Per completare la contestualizzazione del tema principale, il trattato contiene anche una descrizione dettagliata delle proprietà elettriche e optoelettroniche dei SiPM, dei modelli teorici adottati per descrivere il loro funzionamento e delle procedure comunemente adottate per caratterizzarli. La caratterizzazione dei SiPM per ProtoDUNE-HD e DUNE-FD1 svolta dalla divisione di Ferrara del Consorzio DUNE-PDS è l’argomento centrale di questo trattato. Questo contributo è consistito nella caratterizzazione di singoli sensori SiPM, a temperatura ambiente e alla temperatura di azoto liquido, che ha permesso la selezione dei modelli più promettenti per applicazioni nel contesto dell’esperimento DUNE, assieme alla definizione delle migliori condizioni di lavoro per massimizzare le loro performance. Il gruppo DUNE-PDS Ferrara sta contribuendo anche alla seconda fase della campagna di test, che prevede lo svolgimento di test di garanzia per un grande numero di SiPM. In particolare, il gruppo DUNE-PDS Ferrara, in collaborazione con il gruppo DUNE-PDS Bologna, hanno sviluppato un setup sperimentale per velocizzare questa procedura. Il sistema, denominato CACTUS, permette la caratterizzazione automatizzata di 120 sensori in parallelo a livello di caratteristica IV e conteggi di buio (DCR), sia a temperatura ambiente che in azoto liquido, in una singola sessione di misura. L’apparato CACTUS è stato già utilizzato per testare la produzione di SiPM per ProtoDUNE-HD, un prototipo in scala ridotta di DUNE-FD1 che condivide con esso lo stesso design a livello di singole componenti. Le 6000 unit`a testate con CACTUS per ProtoDUNE-HD non hanno riportato anomalie (failure rate circa 0.05%). Il sistema CACTUS verrà replicato anche nelle università di Milano Bicocca, Granada e Praga, queste si aggiungeranno ai siti di Ferrara e Bologna nella campagna di caratterizzazione di SiPM per la produzione DUNEFD1-HD, che conta 288000 sensor

    Ultrathin random copolymer-grafted layers for block copolymer self-assembly

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    Hydroxyl-terminated P(S-r-MMA) random copolymers (RCPs) with molecular weights (Mn) from 1700 to 69000 and a styrene unit fraction of approximately 61% were grafted onto a silicon oxide surface and subsequently used to study the orientation of nanodomains with respect to the substrate, in cylinder-forming PS-b-PMMA block copolymer (BCP) thin films. When the thickness (H) of the grafted layer is greater than 5-6 nm, a perpendicular orientation is always observed because of the efficient decoupling of the BCP film from the polar SiO2 surface. Conversely, if H is less than 5 nm, the critical thickness of the grafted layer, which allows the neutralization of the substrate and promotion of the perpendicular orientation of the nanodomains in the BCP film, is found to depend on the Mn of the RCP. In particular, when Mn = 1700, a 2.0 nm thick grafted layer is sufficient to promote the perpendicular orientation of the PMMA cylinders in the PS-b-PMMA BCP film. A proximity shielding mechanism of the BCP molecules from the polar substrate surface, driven by chain stretching of the grafted RCP molecules, is proposed

    Decadimento del 12C eccitato in reazioni 12C+12C: stato di Hoyle

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    Il presente lavoro è stato svolto nell'ambito della collaborazione NUCLEX, esperimento della Commissione Nazionale 3 dell'INFN per lo studio della dinamica delle reazioni nucleari indotte da ioni pesanti. In particolare l'oggetto della tesi riguarda l'analisi del decadimento di un nucleo di Carbonio-12 eccitato in seguito ad una reazione nucleare. Più precisamente in questa tesi si studia il decadimento di un nucleo di Carbonio-12 che, interagendo con un altro nucleo di Carbonio-12, si eccita lasciando il bersaglio di Carbonio nello stato fondamentale. La reazione studiata è 12C + 12C a 95 MeV. L'analisi è stata effettuata selezionando, fra tutti gli eventi, quelli che hanno 3 particelle α nello stato finale. Ciò permette di mettere in evidenza alcuni stati eccitati del Carbonio-12, fra cui il cosiddetto stato di Hoyle, importante soprattutto per gli aspetti astrofisici. In particolare il modo di decadimento è legato alla probabilità di formazione, che è un punto importante nella formazione degli elementi nelle stelle. E' importante infatti poter determinare se il processo di decadimento è istantaneo, cioè il Carbonio emette tre particelle α contemporaneamente, oppure sequenziale, cioè il Carbonio emette in primo luogo una particella α ed un nucleo di Berillio-8, il quale a sua volta decade in due particelle α. Nel Capitolo 1 si introdurrà l'aspetto teorico e fenomenologico del problema, verranno descritte in breve le reazioni nucleari tra ioni pesanti con un approfondimento sui processi di decadimento del Carbonio eccitato. Nel Capitolo 2 saranno descritti gli apparati utilizzati per le misure: in particolare l'apparato GARFIELD utilizzato per la rivelazione delle particelle cariche emesse nel decadimento, ed il rivelatore Ring Counter (RCo) utilizzato soprattutto per la rivelazione delle particelle α di decadimento del proiettile eccitato. Si accenna anche alle tecniche usate per identificare le particelle α. Nel Capitolo 3 verrà descritta l'analisi dei dati effettuata ed in particolare verranno mostrati gli osservabili per poter discriminare il meccanismo di decadimento sequenziale o democratico. Verranno infine tracciate alcune conclusioni in base ai risultati raggiunti

    Realization of a four-probe electrical resistivity apparatus and its noise-reduced data acquisition interface to characterize superconducting materials

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    L’elaborato si basa sulla realizzazione di un sistema di rilevazione sincrona per misure di resistenza elettrica con metodo a quattro terminali. L’obbiettivo, utile alla caratterizzazione di materiali superconduttivi, è quello di misurare la dipendenza tra resistività elettrica e temperatura del campione. L’apparato si suddivide in un sistema di controllo della temperatura e un sistema di acquisizione dotato di amplificatore lock-in digitale. Gli amplificatori lock-in sono strumenti usati per il recupero di segnali laddove il contributo del rumore di fondo risulta essere preponderante rispetto al segnale d’interesse. L’acquisizione e conversione del segnale analogico viene svolta da una scheda Digilent Analog Discovery 2, il segnale digitalizzato viene elaborato da un amplificatore lock-in digitale. Quest’ultimo è stato sviluppato ad hoc in ambiente labVIEW, ricoprendo un ruolo fondamentale nel lavoro presentato. Il sistema di controllo della temperatura comprende un impianto criogenico e un sistema di riscaldamento (con circuito di retroazione PID). I test svolti per definire le performance del sistema di acquisizione hanno rivelato una riserva dinamica stimata di 82 dB ed un segnale minimo misurabile di 200 nV (con un errore del 5%). Successivamente l’apparato è stato utilizzato per caratterizzare due campioni superconduttori appartenenti rispettivamente alla famiglia dei cuprati e a quella dei ferro-pnictidi. L’apparato è in grado di misurare valori di resistenza con una sensibilità di 200 nV/I (dipende dalla corrente fornita al campione e misurata in Ampere), realizzando un grafico di dipendenza R vs T con 0,05 K di risoluzione. Le temperature critiche misurate per i due campioni sono in accordo con i valori trovati in letteratura. Il lock-in illustrato in questa tesi presenta possibili applicazioni a scopo educativo o di ricerca, qualora le performance richieste per la misura rientrino in quelle descritte precedentemente

    Self-Assembly of Cylinder-Forming Block Copolymers by Means of High-Temperature Thermal Treatments

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    The continuous demand for small portable electronics is pushing the semiconductor industry to develop novel lithographic methods to fabricate the elementary structures for microelectronics devices with dimensions reduced size. Self-Assembly of Block copolymers is extremely appealing due to its excellent compatibility with conventional photolithographic processes, high-resolution patterns and low process costs. This thesis work will focus on the Self-Assembly of cylinderforming Block copolymers as promising next-generation technology for the fabrication of sub-20 nm structures. Two different BCPs were investigated: polystyrene-b- polymethylmethacrylate (PSb-PMMA) and Polystyrene-block- poly(dimethylsiloxane-random-vinylmethylsiloxane) (PS-b-P(DMS-r-VMS))

    Il palazzo comunale di Anagni

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    L’architettura del palazzo Comunale di Anagni Il palazzo comunale di Anagni, sebbene molto conosciuto ed emergente nel tessuto della città, non è mai stato oggetto di studi specifici . La letteratura storica si è interessata ad esso nell’ambito di contributi più ampi su Anagni e mai con approfondimenti di tipo architettonico che ne abbiano messo in rilievo la peculiare importanza( ). Le trasformazioni avvenute nell’edificio ( ), motivate perlopiù da contingenti esigenze funzionali manifestatesi nel tempo, non hanno annullato la possibilità di rileggerne i caratteri essenziali. Pertanto il monumento offre tuttora un fertile e inesplorato terreno d’indagine, ricco d’informazioni e di significati da mettere in luce pienamente. L’edificio (fig. 1) sorge sull’attuale corso Vittorio Emanuele ( ), in un angolo dell’isolato delimitato dalla piazza delle Carceri ( ) e da via dell’Orologio (fig. 2). La sua posizione, interna al fitto tessuto urbano medievale, ne segnala il radicamento nel cuore della vita cittadina e ne esalta il ruolo svolto durante secoli. Ma proprio il continuo uso ha determinato una densa stratificazione d’interventi, i quali hanno finito col produrre un’architettura apparentemente disarticolata ed eterogenea. Parte dell’edificio è costruita a cavallo della strada che mette in comunicazione il corso con la piazza, definendo così una conformazione ‘a ponte’. L’impianto è sostanzialmente rettangolare (fig. 3) e riconducibile alla successione di tre campate attestate sul lato lungo, con un’ampiezza relativa prossima al rapporto di 1:2:1. La loro profondità supera di poco la metà dell’estensione dei fronti su strada. Il corpo di fabbrica si articola, nelle campate laterali, su quattro livelli mentre il tratto centrale presenta due piani a doppia altezza. Il corpo centrale, occupato dalla galleria-strada al piano terra e da un’ampia sala al primo piano, dà accesso agli ambienti laterali minori, caratterizzati da muri con giacitura e spessore disomogenei. La configurazione attuale dei fronti esterni principali, piuttosto frammentata, è definita dalla compresenza di più linguaggi architettonici, frutto delle frequenti riconfigurazioni tese ad aggiornare periodicamente le facciate al gusto corrente. Il prospetto settentrionale (fig. 1) mostra nel contempo ricchezza espressiva e, a tratti, incoerenza compositiva. Esso è infatti caratterizzato nella parte centrale dalla presenza di bifore, nel tratto ad est da trifore ad archi intrecciati e da una loggetta realizzata con elementi di reimpiego, nella parte occidentale da un sistema disarticolato di aperture rettangolari con una monofora. La composizione della facciata sud (fig. 4) è affidata ad una sequenza di aperture rettangolari, con cornici ad intonaco e timpani mistilinei, disposti simmetricamente rispetto ad un asse centrale. Il registro e il ritmo del disegno sono tuttavia interrotti dalla distribuzione di vani aventi forma diversa, bifore e monofore disallineate e in parte sovrapposte. Un carattere linguistico omogeneo e piuttosto semplice può osservarsi, infine, sul lato ovest ( ) (fig. 5), dove le aperture sono tutte di forma rettangolare e prive di cornici ma con disposizione molto irregolare. I prospetti interni della galleria (fig. 6) e della sala maggiore sono ancora fortemente eterogenei, caratterizzandosi i primi per la sovrapposizione di elementi architettonici diversi (aperture tamponate o archi interrotti da vani di altra forma e, generalmente, sovrascritti dai setti di sostegno del solaio soprastante), i secondi per la fitta stratificazione d’interventi che segue una muratura sostanzialmente omogenea, con linguaggio formale dei dettagli molto diversificato e aperture spesso tamponate. Fra queste ultime emergono il vano d’accesso alla cappella del palazzo - ora non più esistente - con l’iscrizione Sacellum Magni ( ) e le aperture con cornici dedicate al cardinale Lomellino ( )

    Technological strategies for self-assembly of PS-b-PDMS in cylindrical sub-10 nm nanostructures for lithographic applications

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    The continuous demand for small portable electronics is pushing the semiconductor industry to develop novel lithographic methods to fabricate the elementary structures for microelectronics devices with dimensions below 10 nm. Top-down strategies include multiple patterning photolithography, extreme ultraviolet lithography (EUVL), electron beam lithography (EBL), and nanoimprint lithography. Bottom-up approaches mainly rely on block copolymers (BCPs) self-assembly (SA). SA of BCPs is extremely appealing due to its excellent compatibility with conventional photolithographic processes, high-resolution patterns, and low process costs. Among the various BCPs, the polystyrene-b-polydimethylsiloxane (PS-b-PDMS) represents the most investigated material for the fabrication of sub-10 nm structures. However, PS-b-PDMS cannot be easily processed by conventional thermal treatments due to its slow SA kinetic coupled with a relatively low thermal stability. This review focuses on the available annealing methods to promote the SA PS-b-PDMS in parallel-oriented cylindrical sub-10 nm structures. Moreover, literature data regarding the annealing time, defects density, line edge roughness (LER) and line width roughness ( LWR) are discussed with reference to the stringent requirements of semiconductor technology

    Tradurre Michelangelo della Sistina: dall'immagine fissa all'immagine in movimento

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    La giornata di studi “Tradurre la Sistina: dall’immagine fissa all’immagine in movimento”, ha indagato il ponte creatosi tra la riproduzione fotografica e filmografica della Sistina, quest’ultima sin dagli inizi dell’utilizzo della macchina da presa all’interno della cappella con lo specifico obiettivo storico-artistico, non escludendone la concomitanza di usi documentaristici per le funzioni religiose che risalgono agli anni ‘30. La documentazione fotografica conservata presso la Fototeca dei Musei Vaticani, posta a confronto con il suo uso nella società di massa, e quella filmografia presente nelle cineteche dell’Istituto Luce, della Cineteca Nazionale, della Filmoteca Vaticana, del CTV (Centro televisivo vaticano), di RAI Teche, e altre cineteche internazionali (Unesco, Ina), sono state oggetto di un’indagine selettiva e di studio, con la proiezione di una selezione di immagini e filmati più rilevanti. E' prevista la pubblicazione degli atti e di un catalogo ragionato occasione per una riflessione storica e metodologica sul linguaggio critico utilizzato, sull’uso dei mezzi tecnici per la resa degli affreschi, e sull’impatto sociale che i mezzi foto-cinematografico e audiovisivo hanno avuto sulle modalità di ricezione dell’opera michelangiolesca nell’ultimo secolo, da un punto di vista specialistico e divulgativo, ipotizzandone anche i possibili sviluppi

    Resist-Free Directed Self-Assembly Chemo-Epitaxy Approach for Line/Space Patterning

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    This work reports a novel, simple, and resist-free chemo-epitaxy process permitting the directed self-assembly (DSA) of lamella polystyrene-block-polymethylmethacrylate (PS-b-PMMA) block copolymers (BCPs) on a 300 mm wafer. 193i lithography is used to manufacture topographical guiding silicon oxide line/space patterns. The critical dimension (CD) of the silicon oxide line obtained can be easily trimmed by means of wet or dry etching: it allows a good control of the CD that permits finely tuning the guideline and the background dimensions. The chemical pattern that permits the DSA of the BCP is formed by a polystyrene (PS) guide and brush layers obtained with the grafting of the neutral layer polystyrene-random-polymethylmethacrylate (PS-r-PMMA). Moreover, data regarding the line edge roughness (LER) and line width roughness (LWR) are discussed with reference to the literature and to the stringent requirements of semiconductor technology
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