PixFEL A pixellated X-ray camera with high space, time and amplitude resolution for applications at FELs Lodovico Ratti Università di Pavia and INFN Pavia PixFEL phone meeting, Pavia, June 5th 2013

CALL INFN gruppo V La commissione di gruppo V (CSN5) sembra intenzionata a far partire da quest’anno le proposte progettuali “Call”, con l’intenzione di migliorare il livello qualitativo ed organizzativo delle proposte aumentare le sinergie con i gruppi di ricerca delle altre CSN, includendo dove possibile altri enti e realtà industriali aumentare la competitività dell’INFN nell’acquisizione di fondi esterni ed in particolare europei (nell’ambito di Horizon2020) Stesso ambito delle tradizionali proposte “bottom-up” di gruppo V, in particolare Elettronica Acceleratori Rivelatori e le relative applicazioni alla fisica, alla fisica medica ed alla salvaguardia dei beni culturali ed ambientali

Struttura della proposta 1) Finanziamenti ed organizzazione del progetto nome del progetto area di ricerca responsabile scientifico unità partecipanti anagrafica relativa ai partecipanti con indicazione dei mesi/persona dedicati al progetto abstract (1 pagina massimo) con obiettivi del progetto correlati con gli ambiti scientifici e con lo stato dell’arte dichiarazione di eventuali Background Intellectual Property Rights dettaglio dell’implementazione del progetto con suddivisione in WP e, per ogni WP, responsabile, attività prevista (puntualmente descritta), milestone e deliverable cronoprogramma del progetto con indicazione di milestone e deliverable principali richiesta finanziaria in formato tabellare per l’intero progetto esperienza pregressa di ogni ente esterno eventualmente partecipante lista dei fondi esterni attesi e loro breve descrizione

Struttura della proposta 2) Proposta scientifica proposal tecnico-scientifico da cui si evincano concetti ed obiettivi, originalità, innovazione del progetto e sua collocazione rispetto allo stato dell’arte rilevanza e attualità del progetto in relazione alla mission INFN e in particolare alle tematiche di interesse della CSN5 esplicitazione delle unità partecipanti e dei rispettivi ruoli e compiti eventuale coinvolgimento di altre CSN, istituzioni esterne, nazionali o internazionali, industrie, soggetti pubblici o provati che co-finanzino la ricerca implementazione (expertise, infrastrutture, collaborazioni internazionali, fattibilità del progetto, risorse umane e strumentali disponibili, cronoprogramma del lavoro e piano di spesa per l’intera durata del progetto) risk assessment (piano B) impatto della ricerca (anche alla luce di Horizon2020) 3) Altra documentazione Dichiarazione di Endorsement da parte di eventuali enti esterni Parere positivo del Direttore della struttura INFN per l’eventuale utilizzo di risorse e/o di strumentazione della Struttura

Valutazione delle proposte Le proposte sono approvate dalla CSN5 in seduta plenaria, sentito il parere di un panel di referee nominato dalla CSN stessa. Sulla base del parere la CSN stila una graduatoria e finanzia le proposte sino ad esaurimento del budget annuale previsto Le proposte sono valutate sulla base dei seguenti tre criteri: qualità tecnico/scientifica della proposta: punteggio da 1 a 5 (step 0.5, soglia 4/5, peso 50%) organizzazione del gruppo di lavoro e delle attività previste nella proposta: punteggio da 1 a 5 (step 0.5, soglia 3/5, peso 20%) impatto e ricadute dei risultati della ricerca proposta (applicazioni dei risultati ad altri esperimenti, trasferimento tecnologico, impatto sulla società)

Finanziamento e verifica La quantificazione del finanziamento concesso verrà determinata dalla CSN5 e sarà commisurata al raggiungimento degli obiettivi della proposta progettuale Il proponente si impegna, anche in caso di finanziamento, a concorrere a progetti europei, a bandi PRIN, FIRB etc. su tematiche legate al progetto approvato dalla CSN5 Le verifiche dello stato di avanzamento saranno fatte ogni semestre. Il progetto sarà monitorato da referee nominati dalla CSN5. In caso di criticità, la CSN5 potrà sentire il responsabile scientifico del progetto e valutare se interrompere il finanziamento o modificare budget e durata Le proposte verranno formulate utilizzando il database dei preventivi, ove il progetto dovrà essere identificato come partecipante ad una call in una data area di riferimento. La scadenza è la stessa degli altri progetti

Alcune informazioni dall’ultima riunione della CSN5 Le sigle di gruppo V che proseguiranno la propria attività nel 2014 sono circa 40; la commissione vorrebbe contenere le nuove sigle in 15 progetti “bottom-up” + 3/4 call La commissione intende finanziare solo progetti bottom-up di una certa consistenza (in termini di personale e di richieste economiche, fatta salva ovviamente la qualità scientifica della proposta) Il finanziamento previsto per le “call” è dell’ordine di 1 MEuro sul triennio (ogni anno 1 MEuro verrebbe destinato a 3/4 nuovi progetti) Le aree di ricerca sono Elettronica, Acceleratori, Rivelatori; dall’anno prossimo dovrebbero essere incluse anche le aree Interdisciplinare e Fisica Medica Dovrebbero partire anche i progetti di tipo FIRB: uno all’anno, con un finanziamento di 150 kEuro su 2 anni di durata (+ contratto per il vincitore)

Obiettivo del progetto Realizzazione di un dimostratore costituito da una camera 2D (ovvero un rivelatore a pixel ibridi) per fotoni X da utilizzare in experimenti ai FEL; il chip di front-end sarà basato su tecnologie di integrazione verticale per garantire elevate prestazioni e la presenza delle funzioni necessarie con pitch del rivelatore relativamente ridotti Alcune specifiche: tecnologia CMOS 65 nm rivelatore a pixel slim-edge su substrato ad alta resistività pitch: 100 um frame rate: 5 MHz risoluzione nella misura d’ampiezza: 10 bit, con risoluzione del singolo fotone minima energia: 1 keV dinamica del segnale in ingresso: 1 – 10000 fotoni@1keV

Proposta di attività: I anno SENSORI - Progetto e produzione di sensori a pixel ad alta resistività (non slim edge), pitch da 100 um CHIP DI FRONT-END - Progetto di un chip di front-end su piccola scala a lettura sequenziale in tecnologia CMOS 65 nm -- analisi delle specifiche, sulla base delle richieste delle applicazioni ai FEL a raggi X --- dinamica del segnale di ingresso; --- caratteristica non lineare del canale analogico e relativi parametri: alto guadagno, basso guadagno, punto di transizione, dinamica; --- rumore del canale analogico; --- risoluzione del convertitore AD e velocità di conversione; --- buffer di memoria in pixel e periferici; -- progetto di chip di test con singole strutture (canale analogico, ADC, circuiti di calibrazione, buffer di memoria) -- progetto di un chip di front-end da 8x8 pixel con canale analogico, ADC, circuiti di calibrazione e architettura di lettura semplificata - Studio delle tecnologie di ibridazione ed integrazione verticale in vista della realizzazione di front-end 3D; -- interconnessione del chip di front-end con il sensore -- interconnessione dei layer di elettronica SISTEMA DI ACQUISIZIONE - Studio di fattibilità di sistema di acquisizione con requisiti di velocità compatibili con la lettura dal chip di front-end; -- analisi di strumentazione e dispositivi esistenti -- bus di comunicazione -- buffer di memoria locale

Proposta di attività: II anno SENSORI - Caratterizzazione dei sensori a pixel ad alta resistività (non slim edge) prodotti nel primo anno -- studio del danno da radiazione ionizzante a dosi elevate (> 1 Grad) -- studio del plasma effect - Progetto e produzione di rivelatori a pixel slim edge con pitch di 100 um CHIP DI FRONT-END - Caratterizzazione delle strutture di test realizzate nel primo anno -- test di funzionalità -- studio della radiation hardness - Progetto di chip di front-end 3D da 32 x 32 (o 64 x 64) pixel ad elevata velocità di lettura -- top layer con canale analogico e ADC -- bottom layer con circuiti di calibrazione, buffer di memoria in pixel SISTEMA DI ACQUISIZIONE - Progetto del sistema di acquisizione per lettura dati ad elevata velocità

Proposta di attività: III anno SENSORI - Caratterizzazione sensori slim-edge CHIP DI FRONT-END - Integrazione verticale con sensori e tra layer di elettronica e realizzazione del dimostratore - Caratterizzazione del chip dopo l'integrazione verticale SISTEMA DI ACQUISIZIONE - Caratterizzazione del sistema di acquisizione ALL - Test su fascio (luce di sincrotrone o FEL)

Proposta di suddivisione in work packages WP1: Sensori e integrazione dell’ibrido WP2: Chip di front-end e integrazione verticale WP3: Sistema di acquisizione WP4: Integrazione e test beam