Sobre o módulo
Sensores semicondutores são hoje a tecnologia dominante para detectores de vértice e de traços (tracking) em experimentos de física de altas energias, como aqueles em operação no Large Hadron Collider (LHC), e têm papel central nos upgrades do High-Luminosity LHC e em futuros colisores. Este curso conecta os fundamentos físicos à experimentação com dispositivos, dados e ferramentas de simulação usadas pela comunidade científica. O estudante compreenderá os princípios físicos e de fabricação, as técnicas de caracterização e as aplicações de sensores semicondutores para detecção de partículas por meio de atividades experimentais de bancada.
O estudante estudará a física de semicondutores aplicada à detecção de radiação ionizante; conhecerá sensores planares, de tiras (strip), pixels híbridos, LGAD e CMOS monolíticos (MAPS); simulará campos elétricos, ionização e coleta de carga; realizará caracterizações elétricas, testes com fontes radioativas e medidas pela técnica de corrente transiente induzida por laser (TCT); discutirá danos por radiação e eletrônica de front-end; e analisará dados experimentais usando Python.
Ementa
- Introdução à física de partículas experimental, detectores de traços e sistemas de detectores semicondutores.
- Interação de partículas e radiação com a matéria.
- Física de semicondutores: estrutura de bandas, dopagem, junção p–n e região de depleção.
- Curvas I–V e C–V.
- Formação e propagação de sinal: teorema de Ramo–Shockley, deriva e difusão de portadores e mobilidade.
- Tecnologias de dispositivos: sensores planares, strip, pixels híbridos, LGAD e MAPS.
- Introdução à eletrônica de processamento de sinais.
- Simulação numérica de campo elétrico, ionização e coleta de carga.
- Técnica de corrente transiente (TCT) com laser.
- Danos por radiação.
Pré-requisitos
Desejáveis: Eletromagnetismo, noções de Física do Estado Sólido — bandas de energia e semicondutores —, circuitos elétricos básicos e familiaridade com Física de Partículas em nível introdutório.
Bibliografia
- W. R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments.
- G. F. Knoll, Radiation Detection and Measurement.
- R. F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals.
- H. Spieler, Semiconductor Detector Systems.