Microfabrication of finely segmented Silicon sensors with charge multiplication for next generation LIGHt sources and particle Trackers

Strålingsavbildning er et kraftig og viktig verktøy på tvers av alle grener av vitenskapen. I de siste årene, har flere anlegg for strålingsavbildning blitt etablert og oppgradert for å møte fremtidige krav fra en rekke vitenskapsfelt, som European XFEL (X-ray Free Electron Laser) og Light Coherent Light Source ved Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Disse fasilitetene er viktige verktøy for forskere for å analysere biomolekyler, biologiske enheter, materialstrukturer og naturlige prosesser, avgjørende for utvikling av nye medisiner, nye terapier, fornybar energi og bærekraftig industri. Neste generasjon XFEL-er vil imidlertid kreve sensorkomponenter som er utenfor dagens state-of-the-art. I Si-LightT vil vi undersøke og utvikle en ny silisiumstrålingssensor for å møte disse utfordringene. Vårt team ved SINTEF, Universitetet i Oslo og SLAC vil gjennomføre forskning og utvikling på en ny silisiumbasert strålingssensortype. Vårt primære mål er å realisere en finsegmentert røntgendetektor med optimalisert forsterkning av generert signal for røntgen. Denne kombinasjonen vil tillate deteksjon av røntgen-stråler med energier under 250 eV kombinert med ultrahøy oppløsning. I parallell vil vi også adressere krav til instrumentering i høyenergifysikkeksperimenter, som høy tidsoppløsning, strålingstoleranse og lavt materialbruk. For å oppnå dette vil vi ta i bruk av tynne silisiumsensorer og nye mikrofabrikasjonsteknikker. Prosjektet vårt involverer et team av forskere fra materialvitenskap, sensorteknologi og kjernefysisk, dette for å sikre levering av en komplett sensorutvikling og en grundig fysisk forståelse. Nye mikroteknologiske teknikker og ekspertise skal etableres gjennom et internasjonalt samarbeid og opplæring av en PhD. PhD-stipendiaten vil få den unike muligheten til å bli utdannet av noen av verdens fremste eksperter på feltet og gjennom kurs ved Universitetet i Oslo.

Si-LighT concerns basic research and generation of new knowledge in microfabrication and microtechnology to provide a suite of innovative silicon sensors that will bring major impacts in several fields like high energy physics, material science, health, biology, and nanoscience. The generated knowledge platform and novel devices will bring ground-breaking science in medicine, physics, renewable energy, and clean industry. Si-LighT aims to meet the latest challenges in instrumentation for the next generation X-ray Free Electron Laser (XFEL) for the detection of soft X-rays and 4D particle trackers worldwide. A new silicon sensor, namely finely segmented position sensitive silicon radiation detectors with internal charge multiplication will be realised to address these needs, primarily, fast timing information and sensitivity. The proposed sensors will be able to detect X-ray of ultra-low energies for XFEL and to address the needs for material reduction and fast timing response in high energy physics. The project joins together scientists from three core disciplines to realise these ambitious goals. The team comprises of the long track record in microfabrication of radiation sensors at SINTEF, the world-renowned expertise in semiconductor physics at the LENS group at UiO, and two members from the application fields: Stanford Linear Accelerator and CERN through the High energy physics group at UiO. This combination will form the necessary foundation to deliver high quality research and new knowledge of a novel detector type. Specifically, Si-LighT will employ a wide range of novel techniques in microtechnology to deliver near zero dead area, controlled charge multiplication to achieve the necessary signal generation, and fabrication on ultra-thin substrates beyond the current state-of-the-art. Furthermore, the strong, multidisciplinary team in Norway and a prestigious institute in the USA, will be a solid and stimulating environment to educate a PhD student at UiO.