INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
Qualche anno fa, un nostro assegnista di ricerca incontrò al CERN una figura storica dei Laboratori Nazionali di Frascati e della fisica italiana: il professor Pio Picchi. Nonostante l’età avanzata e le condizioni di salute precarie, il professor Picchi sosteneva con convinzione la necessità di introdurre, nei rivelatori di particelle a gas, uno stadio resistivo capace di limitare la propagazione delle scariche. Un’idea certamente ispirata dalla sua esperienza con i tubi di Iarocci, rivelatori inventati ai LNF e poi diffusi in tutto il mondo.
Nel campo dei Micro-Pattern Gaseous Detector (MPGD), dove le scariche possono causare gravi danni e compromettere il funzionamento dei dispositivi, lo stadio resistivo è stato inizialmente realizzato tramite una pasta resistiva depositata con tecniche standard tipiche dei circuiti stampati.
Più recentemente, la comunità MPGD ha perfezionato il processo introducendo l’uso di grafite amorfa (DLC: Diamond-Like Carbon), depositata mediante la tecnica di sputtering Physical Vapour Deposition (PVD). In un’atmosfera di gas a bassa pressione, un intenso campo elettromagnetico estrae ioni di carbonio da una lamina di grafite (targhetta), che poi si condensano sul substrato formando lo strato resistivo desiderato.
Il substrato di poliammide (APICAL® semplice o composito APICAL®-rame) ricoperto da DLC costituisce l’elemento di base per la costruzione di rivelatori come Micro-Megas e micro-Resistive WELL, quest’ultime sviluppate dal gruppo DDG (Detector Development Group) dei LNF, attualmente impegnato negli upgrade degli esperimenti LHC.
Sotto la guida di Giovanni Bencivenni, responsabile del DDG, è stato realizzato un progetto congiunto INFN-CERN per accelerare la produzione dei moderni rivelatori a gas. Il progetto ha portato all’acquisto di una Magnetron Sputtering Machine (nota anche come DLC machine), installata presso il laboratorio EP-DT-DD-MPT del CERN, centro di eccellenza mondiale per la produzione di rivelatori MPGD.
La macchina è composta da una camera a vuoto cilindrica con tre alloggiamenti esterni per le targhette (Fig. 1). All’interno, un supporto cilindrico coassiale consente di installare fogli di substrati flessibili fino a 1700 × 600 mm² (Fig. 2). In alternativa, è possibile montare un secondo supporto per il deposito su substrati rigidi (es. PCB, vetri). Due ulteriori alloggiamenti interni permettono la deposizione su entrambe le facce del substrato.
I supporti poggiano su una base rotante che può operare in regime di rivoluzione, per il deposito su fogli di grandi dimensioni, oppure in regime di oscillazione, utile per testare i parametri della macchina su campioni ridotti (Fig. 2).
I depositi di grafite ottenuti con questa apparecchiatura presentano ottime caratteristiche di uniformità di spessore (entro il 10%) e quindi di resistività. Quest’ultima, variando i parametri della macchina, può andare da circa 10 MΩ/sq. a 1 GΩ/sq., soddisfacendo esigenze diverse a seconda dell’applicazione. I tempi di lavorazione dipendono dallo spessore richiesto: da circa un’ora e mezza per piccoli campioni fino a tre ore per fogli di dimensione massima, per una deposizione di circa 100 nm.
La macchina ha già contribuito alla produzione di materiale per diversi prototipi di rivelatori di nuova concezione destinati agli esperimenti del CERN e non solo. Tra i progetti futuri, è prevista la realizzazione del materiale di base per circa 200 rivelatori micro-Resistive WELL destinati al sistema di rivelazione dei muoni dell’esperimento LHCb.
I Laboratori Nazionali di Frascati sono fortemente coinvolti nella gestione e nell’operazione della macchina attraverso il gruppo DDG. Oltre al coordinatore Giovanni Bencivenni, membro dello Steering Committee della DLC machine, il team comprende i tecnici Roberto Tesauro e Alessandro Russo e i ricercatori Gianluca Zunica e Gianfranco Morello. Quest’ultimo, oggi Technical Manager della DLC machine, è proprio quell’assegnista di ricerca che ha saputo mettere a frutto il prezioso consiglio di un collega esperto.
