Captinnov
CONTEXTE:
Le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN est l'accélérateur de plus haute énergie dans le monde pour l'étude de la physique des particules. Il accélère des faisceaux de protons à l'intérieur d'un anneau souterrain de 27 km. En 2024-2026, le LHC sera optimisé en Haute Luminosité-LHC (LH-LHC) : lors de la mise à niveau prévue en 2025 pour la phase II du détecteur ATLAS (l'un des détecteurs du LHC), un trajectographe interne flambant neuf tout silicium remplacera l'ancien. Ce dernier est un élément clé pour l'étude du Modèle Standard et les découvertes en physique de la supersymétrie.
Le LH-LHC fonctionnera à une luminosité cinq fois supérieure à celle du LHC; les détecteurs devront donc gérer des densités de particules accrues menant à un taux d'occupation plus élevé des composants des détecteurs ainsi qu'à des niveaux de radiation plus importants. Le nombre d'évènements par collision augmentera d'environ 25 à 140-200 (en fonction de la luminosité). Les systèmes de traçage des détecteurs au LH-LHC sont construits pour faire face à cette multiplicité de particules en augmentation. Puisque le temps entre les croisements de paquets (des protons) est de 25 ns, des détecteurs et de l'électronique à temps de réponse rapide aussi bien que des mémoires pipeline pour stocker les données à partir de chaque collision, sont requis. Les détecteurs internes doivent également survivre à un environnement de rayonnement intense et sont développés afin de fonctionner au moins pendant 10 ans.
Le détecteur à pixels comprendra les cinq couches les plus profondes et sera instrumenté avec un nouveau détecteur et de nouvelles technologies électroniques pour améliorer la performance du traçage et s'adapter à l'environnement du LH-LHC. La surface totale de silicium dans le nouveau système pourra aller jusqu'à 14 m2. Tous les composants du nouvel ITk sont actuellement en cours de réalisation et de validation.
CAPTINNOV : UN OUTIL CLÉ POUR LE CONTRÔLE QUALITÉ D'ATLAS ITK :
Un investissement majeur d'IJCLab a été réalisé pour le développement de la technologie à pixels silicium spécialement destinée aux projets majeurs tel que le projet ATLAS. Une nouvelle salle blanche de 80 m2 et de classe ISO7 a été construite et livrée au début du mois de février 2020 après huit mois de travaux. La salle blanche héberge la machine à sonder SignatoneTM financée par P2IO et une chaîne complète d'équipements modernes pour la caractérisation et le développement du modèle à pixels.
Un consortium collaboratif a été créé au sein des groupes ITK IN2P3 et en particulier à l'intérieur même du site de Paris-Saclay (IJCLab-LPNHE-CEA/Irfu). La construction d'un tel détecteur ATLAS de grande échelle requière une approche industrielle et distribuée ainsi que des infrastructures modernes telle que la plateforme Captinnov. Les procédures consécutives à chaque étape de la chaîne de production sont soigneusement étudiées et un contrôle qualité rigoureux de toutes les tâches de métrologie est effectué. Les options d'interconnexion de la puce du capteur sont en cours d'évaluation, en collaboration avec les partenaires industriels, pour identifier des technologies fiables lors de l'utilisation d'appareils à pixels extrêmement fins (de 150 à 400µm).
Les modules à pixels sont tout d'abord assemblés en laboratoire et reliés au système de câbles grâce à une machine de pointe à jonctions de fil. Dans le but d'identifier et de corriger rapidement les éventuels problèmes du module, des mesures électriques complètes sont réalisées juste après la jonction. Les modules suivent ensuite la chaîne de contrôle qualité dans les laboratoires et sont expédiés aux partenaires industriels identifiés par la collaboration ATLAS afin de procéder à leur interconnexion aux puces de lecture frontale ("bump bonding"). Cette phase se déroulera dans l'industrie car elle nécessite un équipement couteux et spécifique. Les modules assemblés sont continuellement évalués, en accord avec des critères définis dans une liste établie de tests de métrologie. Ils sont systématiquement soumis à des cycles thermiques et un canon à rayon X est utilisé pour mesurer l'efficacité du canal.
L'assurance qualité pour les modules finaux est cruciale. Une particularité qui doit être prise en compte pour les modules est la difficulté de les remplacer une fois qu'ils sont intégrés dans les structures mécaniques finales. Pour cette raison, les procédures de test pour qualifier chaque module sont drastiques en terme de recherche de défauts et de fiabilité.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Pour atteindre les buts physiques ultimes en terme de découverte de nouvelles particules et afin de pousser encore plus loin les connaissances actuelles en physique des particules, et notamment sur des échelles d'énergie élevées et pour les prédictions de la supersymétrie, ATLAS a lancé un programme technique et ambitieux très large en construisant un trajectographe de nouvelles particules. Le but du projet ATLAS ITk est de répondre au projet de construction complexe du trajectographe dans un effort collaboratif mais aussi de fédérer les différentes équipes de P2Io actives sur le sujet, de partager et mettre en commun leur expertise. Nos 3 centres de production possèdent des équipements de pointe, des salles blanches de classe supérieure et des procédures communes. De plus, les résultats obtenus à partir des procédures de qualification à toutes les étapes sont sauvegardées dans une base de données commune, permettant ainsi le suivi de la qualité de la production et un retour rapide aux centres de production. La station de test P2IO-Captinnov est considérée comme un outil majeur pour la production de modules et donne à notre équipe l'opportunité d'avoir une position importante et visible dans la collaboration internationale ATLAS ITk.
