Desenvolvimento e fabricação de um protótipo de um dispositivo multiplicador de elétrons à gás micromegas com substrato de silício e isolante SU-8
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Data de Publicação: | 2020 |
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Resumo: | This thesis reports in detail the manufacturing methodology to produce a gas radiation detector which uses a Micromegas electron multiplier, integrated onto a pad readout anode, using a 4” Silicon wafer as a holder. The techniques used to form the wafer micrometric layers are presented and discussed, such as spin coating, photolithography, wet etching, metallization, and development. It describes the improvement in the processing of the insulating material SU-8, as well as in the geometry of the Aluminium mesh holes. Micrographs obtained by Optical Microscope and SEM are presented to analyze the fabricated structure. Simulations with Ansys, Garfield++, and Magboltz software are carried out, to predict the detector response for different gas mixtures. The box assembly and construction projects are reported, and all the components of the detection system and its main properties are presented. Finally, electrical tests are performed with the device, to verify its performance, related to the gain of electrons and energy spectra of the radiation source.The results indicate gains in the order of 3 × 102 for the 241Am and 55F e radioactive sources, and the detection of events due to the irradiation of the 241Am at 13.9 KeV, its main line of energy emission. |
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Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17395This thesis reports in detail the manufacturing methodology to produce a gas radiation detector which uses a Micromegas electron multiplier, integrated onto a pad readout anode, using a 4” Silicon wafer as a holder. The techniques used to form the wafer micrometric layers are presented and discussed, such as spin coating, photolithography, wet etching, metallization, and development. It describes the improvement in the processing of the insulating material SU-8, as well as in the geometry of the Aluminium mesh holes. Micrographs obtained by Optical Microscope and SEM are presented to analyze the fabricated structure. Simulations with Ansys, Garfield++, and Magboltz software are carried out, to predict the detector response for different gas mixtures. The box assembly and construction projects are reported, and all the components of the detection system and its main properties are presented. Finally, electrical tests are performed with the device, to verify its performance, related to the gain of electrons and energy spectra of the radiation source.The results indicate gains in the order of 3 × 102 for the 241Am and 55F e radioactive sources, and the detection of events due to the irradiation of the 241Am at 13.9 KeV, its main line of energy emission.Esta tese relata de forma detalhada a metodologia para o desenvolvimento e fabricação de um protótipo de um dispositivo multiplicador de elétrons Micromegas, integrado em um anodo de leitura de pads, utilizando um wafer de Silício de 4” como substrato. O dispositivo foi empregado para a montagem de um detector de radiação à gás. São apresentadas e discutidas as técnicas para a formação das camadas micrométricas do wafer, como deposição de filmes finos, fotolitografia, wet etching, metalização e revelação. É descrita a melhora no processamento do material isolante SU-8, bem como na geometria dos orifícios da malha de Alumínio do dispositivo. Micrografias obtidas por Microscópio Óptico e Microscópio Eletrônico de Varredura são apresentadas para a análise da estrutura fabricada. Simulações com os softwares Ansys, Garfield++ e Magboltz são realizadas, a fim de prever a resposta do detector para diferentes misturas de gases. É relatado o projeto de concepção e montagem da caixa e, também, apresentados todos os componentes do sistema de detecção e suas principais características. Por fim, são realizados testes elétricos com o dispositivo, para verificar seu desempenho, em relação ao ganho de elétrons, e espectros de energia da fonte de radiação utilizada. Os resultados indicam ganhos na ordem de 3 × 102 para as fontes radioativas de 241Am e 55F e, e a detecção de eventos devido à irradiação da fonte de 241Am a` 13,9 KeV, sua principal linha de emissão de energia.Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-03-25T13:04:48Z No. of bitstreams: 1 Tese - Maybi Fálker Sampaio - 2020 - Completo.pdf: 19815189 bytes, checksum: e596c67aded96e030d335c576a173777 (MD5)Made available in DSpace on 2022-03-25T13:04:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Maybi Fálker Sampaio - 2020 - Completo.pdf: 19815189 bytes, checksum: e596c67aded96e030d335c576a173777 (MD5) Previous issue date: 2020-12-18Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro - FAPERJapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaMechanical engineeringElectronsRadiationInsulating materialsDetectorsEngenharia mecânicaElétronsRadiaçãoMateriais isolantesDetectoresENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOSDesenvolvimento e fabricação de um protótipo de um dispositivo multiplicador de elétrons à gás micromegas com substrato de silício e isolante SU-8Development and manufacturing of a micromegas gas electron multiplier prototype with silicon substrate and SU-8 insulatorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALTese - Maybi Fálker Sampaio - 2020 - Completo.pdfTese - Maybi Fálker Sampaio - 2020 - Completo.pdfapplication/pdf19815189http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17395/2/Tese+-+Maybi+F%C3%A1lker+Sampaio+-+2020+-+Completo.pdfe596c67aded96e030d335c576a173777MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17395/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/173952024-02-27 15:31:06.433oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:31:06Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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