Optical quality assurance of GEM foils
赫尔辛基大学探测器实验室和赫尔辛基物理研究所为高深宽比光学扫描系统开发了一个分析软件。该系统用于GEM-TPC探测器的质量保证，该探测器正在为未来FAIR设施的SuperFRS光束诊断系统开发。该软件进行了测试，通过分析五个欧洲核子研究中心的标准GEM箔扫描的光学扫描系统。实验结果表明，GEM孔直径和孔间距的测量不确定度分别为0.5 μm和0.3 μm。讨论了软件设计和性能。GEM孔径分布和相应的增益变化之间的相关性进行了研究，通过比较它们对一个详细的增益映射的箔和一组六个较低的精度控制测量。可以看出，可以基于外孔和内孔的测量尺寸来进行跨GEM箔的增益的局部变化的行为的定性估计。
2017-04-21 hep-ex physics.ins-det
Construction of a Triple-GEM Detector Using Commercially Manufactured Large GEM Foils
许多实验目前正在使用或提议在其检测器中使用大面积GEM箔，这产生了对商业上可获得的GEM箔的需求。目前，CERN是大型GEM箔的唯一主要分销商，但随着对GEM技术的兴趣越来越大，跟上对GEM日益增长的需求将是困难的。我们在这里提出了一个更新的组装和测试的三重GEM跟踪探测器利用单屏蔽$40 \times 40$ cm $^2$商业GEM箔生产的技术蚀刻。三重GEM探测器将使我们能够通过增益，效率和能量分辨率测量来表征这些Tech-Etch箔的整体质量。这将通过使用Tech-Etch制造的箔构建四个单掩模三GEM探测器来实现，这些箔遵循STAR Forward GEM Tracker（FGT）使用的设计。通过将箔胶合到框架上然后将框架胶合在一起来形成堆叠。该叠层还包括Tech-Etch生产的高压箔和2D $r-ϕ$读出箔。虽然四个三重GEM探测器中的一个将与STAR FGT相同，但其他三个将研究如何通过采用穿孔Kapton间隔环而不是G10间隔网格来进一步减少材料预算并提高探测器的效率，以减少探测器的死区。
2018-06-05 physics.ins-det
GEM Foil Quality Assurance For The ALICE TPC Upgrade
欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的ALICE（大型离子对撞机实验）实验致力于重离子物理学，以探索强相互作用物质的结构。ALICE的时间投影室（TPC）是位于实验中心区域的跟踪探测器。它提供了出色的跟踪能力以及粒子识别。在第二次长时间关闭（LS2）之后，LHC将以更高的亮度运行。为了能够将数据采集速率提高100倍，ALICE TPC实验必须替换基于多丝比例室（MWPC）的读出室。MWPC与将速率限制为O（kHz）的门控网格一起操作。新的读出室（ROC）设计基于气体电子倍增器（GEM）技术，以连续模式运行。目前的GEM生产计划预计将生产800多种不同类型的GEM箔。为了满足GEM TPC读出器的性能要求，需要采取全面的质量保证（QA）措施。QA计划，由ALICE合作开发，将详细介绍。
2017-04-20 hep-ex physics.ins-det
Research and Development of Commercially Manufactured Large GEM Foils
最近完成的RHIC STAR实验的前向GEM跟踪器（FGT）利用了基于双掩模化学蚀刻技术的商业生产的GEM箔。随着未来的实验提出利用非常大面积的GEM箔的检测器，需要可商购的GEM箔。双掩模蚀刻技术在最大尺寸方面提出了明确的限制。相比之下，欧洲核子研究中心开发的单掩模技术将允许人们克服这些限制。我们报告了使用Tech-Etch Inc.生产的10个$\times$ 10 cm $^2$和40个$\times$ 40 cm $^2$ GEM箔获得的结果。（Plymouth，MA，USA）的制造，并因此开始在商业基础上进行大型GEM箔生产。通过泄漏电流测量和自动高分辨率CCD扫描仪进行电气和光学分析，建立了质量保证程序。Tech-Etch箔显示出优异的电气性能，泄漏电流通常低于1 nA。发现Tech-Etch单掩模箔的几何特性彼此一致，并且与先前测量的双掩模箔的几何规格一致。单掩模箔在整个有效区域上显示出良好的内孔和外孔直径均匀性。
2014-11-26 physics.ins-det
Research and Development of Commercially Manufactured Large GEM Foils
随着未来的实验提出利用非常大面积的GEM箔的检测器，需要可商购的GEM箔。双掩模蚀刻技术对GEM箔的最大尺寸提出了明确的限制。相比之下，欧洲核子研究中心开发的单掩模技术将允许人们克服这些限制。然而，随着对GEM箔的兴趣增加，并且CERN是唯一的主要分销商，跟上对GEM箔的需求将是困难的。因此，GEM的商业化已经由美国马萨诸塞州普利茅斯的Tech-Etch使用单掩模技术建立。我们报告了10个$\times$ 10 cm $^2$和40个$\times$ 40 cm $^2$ GEM箔的电气和几何特性以及内孔和外孔直径尺寸均匀性。发现Tech-Etch箔具有优异的电性能。测得的平均光学性能被发现，以反映所需的参数，并与那些在双掩模创业板箔测量是一致的，并显示良好的孔径均匀性的有效面积。这些箔非常适合未来在需要跟踪设备的核物理和粒子物理中的应用。
2015-06-12 nucl-ex physics.ins-det
Stability tests performed on the triple GEM detector built using commercially manufactured GEM foils in India
气体电子倍增器（GEM）技术是基于薄的聚合物箔，两面覆有铜，并具有规则的孔矩阵。由于欧洲核子研究中心的生产能力有限，这些GEM箔现在也由Micropack Pvt. Ltd.一家位于印度的公司。为了深入了解使用Micropack箔片构建的探测器的行为，重要的是研究由于施加的电压以及入射粒子的通量而对这些箔片产生的各种长期和短期影响。本文研究了X射线在聚酰亚胺薄膜上产生的极化场对三重GEM探测器增益稳定性的影响。而且，将放大结构的尺寸减小到微观尺度导致空间电荷效应的快速减轻，这又有助于在非常高的入射通量下获得稳定的增益。我们报告的变化测量的有效增益在非常高的粒子通量的顺序$ \rm MHz/mm^2$
2019-08-08 physics.ins-det
Production and characterization of random electrode sectorization in GEM foils
本研究针对三重GEM探测器传统分割技术制造难、易有误差的问题，提出随机孔分割技术，经测试验证其可限制扇区间效率损失，是大面积探测器GEM箔制造的可行替代方案。
2023-05-26 physics.ins-det
Characterization of the GEM foil materials
对GEM箔材料进行了系统的研究，以测量水分扩散速率和饱和度。这些研究很重要，因为这种化合物在探测器箔内的存在可能会改变其机械和电气特性，从而影响探测器的性能。为了理解这一现象，使用COMSOL Multhiphysics v. 4.3开发了一个模型，该模型描述了GEM箔几何形状内的吸附和扩散、浓度分布和使箔饱和所需的时间。COMSOL模型的验证实验观察GEM箔样品。本文将描述该模型及其实验验证结果。
2015-12-29 physics.ins-det
Development of Tracking Detectors with industrially produced GEM Foils
计划中的RHIC STAR实验跟踪升级包括一个大面积GEM跟踪器，用于确定W+（-）衰变产生的电子和正电子的电荷符号。对于如此大规模的项目，GEM箔的商业可用性是必要的。我们报告的第一个结果获得了三重创业板检测器使用创业板箔生产的技术蚀刻公司。of Plymouth，MA，USA.测量的增益均匀性，长期稳定性以及测量的X射线的能量分辨率进行比较，得到的结果与一个相同的探测器使用GEM箔在欧洲核子研究中心生产。已经建立了基于使用自动化高分辨率扫描仪的光学测试的质量保证程序，允许研究所观察到的检测器的行为和GEM箔的几何特性的相关性。基于Tech-Etch和CERN生产的箔的探测器都显示出在有源区上良好的增益均匀性和在初始充电期后的稳定增益，使它们非常适合于精确跟踪应用。
2007-12-16 physics.ins-det
Development of Thick-foil and Fine-pitch GEMs with a Laser Etching Technique
我们已经生产了厚箔和细间距气体电子倍增器（GEM）使用激光蚀刻技术。为了提高产量，我们采用了一种新材料，液晶聚合物，而不是聚酰亚胺作为绝缘层。具有140 μ m孔间距、70 μ m孔径和100 μ m厚度的厚箔GEM的有效增益在720 V的施加电压下达到10^4的值。厚箔和细间距GEM（80 μ m间距、40 μ m直径和100 μ m厚）的测量有效增益与厚箔GEM的测量有效增益相似。测量厚箔和细间距GEM的增益稳定性，显示从施加高电压起随着经过时间的变化没有显著增加或减少。在3小时的操作增益稳定性约为0.5%。整个GEM的增益映射显示出良好的均匀性，标准偏差约为4%。整个GEM的孔径分布是均匀的，标准偏差约为3%。增益和孔径图之间没有明显的相关性。
2009-10-02 physics.ins-det
Production and validation of industrially produced large-sized GEM foils for the Phase-2 upgrade of the CMS muon spectrometer
针对 CMS HL-LHC 升级对大面积 GEM 箔片的需求，KCMS 联合体采用双掩模刻蚀技术实现约 0.6 m² 箔片量产，并通过结构、增益、均匀性、放电及老化等验证。
2023-09-28 physics.ins-det
The Qualification of GEM detector and its application to Imaging
气体电子倍增器（GEM）是一种新型的年龄探测器，它可以处理高通量的粒子。GEM箔由50 $μ$ m高绝缘箔（Kapton/Apical）制成，两面涂有5 $μ$ m铜层，并带有特定形状的孔网络，是这些探测器的主要组件。欧洲核研究中心（CERN）一直是GEM箔的唯一供应商，直到最近，其他几家公司开始根据CERN的技术转让（TOT）协议制造GEM箔。Techtra是欧洲的一家这样的公司，它获得了使用CERN开发的技术的权利，以便生产商业上可行的GEM箔。Micropack Pvt. Ltd.是印度另一家成功生产高质量GEM箔的公司。由于孔的微观结构及其对内部电场的依赖性，研究孔的缺陷和均匀性以及环境条件下箔的电性能变得至关重要。在这项工作中，我们正在报告的Techtra GEM箔的测试条件。我们报告的发展成本效益和有效的技术来研究创业板箔孔的几何形状，分布和缺陷。我们还报告了这些箔的电性能，如漏电流，稳定性和放电。在探测器级，我们描述了高电压（HV）的响应，增益，均匀性和稳定性。GEM已被提议具有更广泛的应用，因此我们进行了可行性研究，以利用这些成像。我们用X射线照射各种不同密度的物体，并重建图像。重建的图像显示了不同密度的材料之间的良好区别，这在医学成像或货物成像等各种应用中非常有用。
2022-03-17 physics.ins-det
Techniques for mass production of large-sized GEM foil by the Korean CMS group for CMS phase-2 upgrade
韩国CMS小组为CMS二期升级开发了大规模生产大尺寸GEM箔的技术，采用双掩模和低毒性湿法蚀刻，并优化了焊接工艺以提高生产效率。
2023-09-28 physics.ins-det
Study of gain variation as a function of physical parameters of GEM foil
LHC的ALICE实验计划升级TPC，用基于GEM的探测元件取代MWPC，以将IBF限制在可接受的值。然而，作为工业生产的大尺寸GEM箔的物理参数的函数的增益的变化需要被研究作为检测器的QA程序的一部分。基于GEM的探测器的电子雪崩的大小以及因此的增益取决于孔内的电场分布。孔的几何形状对确定孔内的电场起着重要的作用。在这项工作中，我们使用Garfield++模拟软件包研究了增益随孔直径的变化。
2015-06-22 physics.ins-det
R&D on GEM Detectors for Forward Tracking at a Future Electron-Ion Collider
我们报告了在未来的电子离子对撞机（EIC）实验中用于前向跟踪器（FT）的大型三重GEM探测器的研发状况，这将提高我们对QCD的理解。我们设计了一个专门针对EIC-FT的探测器原型，它具有30.1度开度角的梯形形状。我们正在研究不同的探测器组装技术和信号读出技术，但设计了一个共同的GEM箔，以尽量减少NRE成本的箔生产。组装技术包括纯机械方法，包括如CMS开创的但具有某些修改的箔拉伸，或者将箔胶合到然后机械组装的框架，或者将箔胶合到然后胶合在一起的框架。前两种组装技术允许重新打开腔室，使得如果GEM箔损坏，则可以更换GEM箔。对于读出技术，我们正在追求具有成本效益的一维读出，具有宽锯齿形条带，保持合理的空间分辨率，以及二维读出-一个具有立体角（u-v）条带，另一个具有r-phi条带。此外，我们的目标是在一个整体的低质量检测器的设计，以促进良好的能量分辨率的电子散射在低动量。我们提供GEM箔和其他探测器部件的设计，我们计划从美国公司完全收购。
2015-11-24 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Beam Performance of Tracking Detectors with Industrially Produced GEM Foils
三个气体电子倍增管跟踪探测器的有效面积为10厘米× 10厘米和一个二维的，激光蚀刻的正交条读出已在费米实验室的介子试验束设施的粒子束进行了广泛的测试。这些检测器使用Tech-Etch，Inc.生产的GEM箔。它们表现出超过95%的效率和优于70 μ m的空间分辨率。详细研究了粒子入射角对效率和空间分辨率的影响。
2008-09-17 physics.ins-det
Design and Construction of a TPC using GEM Foils for Gas Amplification
国际直线对撞机（ILC）的挑战性物理计划对其跟踪系统的性能提出了严格的要求。大体积的时间投影室（TPC）被认为是这种跟踪器的良好候选者。尽管传统的TPC使用基于有线的气体放大系统，但未来的TPC可能使用微图案气体检测器作为电子设备。G.用于气体放大的气体电子倍增器（GEMs）。本次演讲概述了最近的研究与开发活动的成果，以建立一个TPC与GEM为基础的气体放大系统。这包括通过多个GEM结构的电荷转移研究，场笼设计和高磁场中的空间分辨率测量。
2004-10-15 physics.ins-det
Fiber Bragg Grating sensors for deformation monitoring of GEM foils in HEP detectors
光纤布拉格光栅（FBG）传感器作为高精度定位和再定位传感器以及低成本、易安装、抗辐射和低空间消耗的温度和湿度器件，迄今为止主要用于高能物理（HEP）。FBG也常用于非常精确的应变测量。在这项工作中，我们提出了一种新的使用FBG的平坦度和机械张力传感器应用到宽的气体电子倍增器（GEM）箔的GE 1/1室的紧凑μ子螺线管（CMS）实验在大型强子对撞机（LHC）的欧洲核子研究中心。光纤光栅传感器的网络已被用来确定最佳的机械张力施加和表征的机械应力施加到箔。将讨论在全尺寸GE 1/1最终原型上进行的测试的初步结果和未来可能的发展。
2015-12-29 physics.ins-det
Modelling and Measurement of Charge Transfer in Multiple GEM Structures
介绍了气体电子倍增器（GEM）薄膜中电荷转移的测量和数值模拟，讨论了GEM薄膜在时间投影室中的应用。一个小的测试室已经建成，并与多达三个创业板箔操作。从电流监测过程中与Fe-55源的照射的电荷转移参数进行了比较与数值模拟。在磁场高达2 T的性能也进行了研究。
2002-12-02 physics.ins-det
X-ray imaging with GEMs using $100\,μ$m thick foils
一个简单的X射线成像系统，使用现成的电子和简单的重建算法，旨在1.7 mm的空间分辨率（探测器长度的$\sim 3\,\%$）在这项工作中描述。为此，将两个100 cm $^2$气体电子倍增器（GEM）箔（厚度为100 μm，比标准箔厚2倍）浸入氩气和二氧化碳（70：30）的混合物中。具有2D位置确定的电荷读出利用电阻电荷划分来完成。由于其相对于标准GEM的更高厚度，发现100 μm厚的GEM箔不易于由放电引起的损坏。图中显示了X射线图像，并对所涉及的物理过程进行了一些描述。我们描述了这种方法的优点，允许计数每个X射线光子或粒子进入检测器，其相互作用的位置，以及测量其能量。我们目前的工作结果表明，位置分辨率低于2毫米，所使用的气体混合物的限制，而不是检测系统，具有很好的成本效益。未来的工作正在进行，以优化目前的系统作为质子束监测器的医疗应用。
2014-01-28 physics.ins-det
Performance of a fast timing micro-pattern gaseous detector for future collider experiments
快速定时MPGD是一种微模式气体探测器，旨在实现亚纳秒的时间分辨率，同时保持在高速率环境中大面积仪器的能力;这种技术的应用前景在未来的对撞机和医疗诊断的高能物理实验与飞行时间的方法。这项工作表明，进行了系统的研究FTM原型的性能的GEM箔涂有电阻DLC膜，其发展是必不可少的FTM操作。电阻箔的性能已经测试了几种气体的混合物，并与导电箔上获得的结果进行了比较。结果表明，FTM的性能目前受到DLC涂覆的GEM箔的制造技术的限制，仅在基于异丁烷的混合物中可获得高增益。
2021-07-20 hep-ex physics.ins-det
A novel technique for the measurement of the avalanche fluctuations of a GEM stack using a gating foil
我们发展了一种测量气体探测器雪崩涨落大小的新技术，该技术是利用为国际直线对撞机实验（ILD-TPC）中的时间投影室准备的门控装置（门控箔）实现的。除了门控功能之外，门控箔能够控制在气体放大之后检测到的漂移电子的平均分数。由脉冲UV激光器产生的电子-离子对的信号电荷宽度和形状（偏斜度）作为门控箔的传输速率的函数，可以用于确定单个电子的气体增益的相对方差。我们提出的测量原理和获得的结果，使用一堆气体电子倍增器（GEM）在Ar CF $_4$（3%）-异丁烷（2%）的气体混合物在大气压下操作。还讨论了雪崩涨落对ILD-TPC空间分辨率的影响。
2022-07-02 physics.ins-det
Rate capability of large-area triple-GEM detectors and new foil design for the innermost station, ME0, of the CMS endcap muon system
为了将CMS μ子谱仪的接受范围扩展到区域2.4 $<|η|<$ 2.8，计划在CMS第2阶段升级中使用形成ME 0站的三个GEM室的堆栈。这些大面积微模式气体探测器必须在具有挑战性的环境中工作，预期背景粒子通量高达150 kHz/cm $^2$。与传统的非电阻性气体检测器不同，这种三重GEM检测器的速率能力不受空间电荷效应的限制，而是受由于流过电阻性保护电路（作为放电猝灭器引入）的雪崩感应电流引起的腔室电极上的电压降的限制。我们提出了一个大面积的三重GEM探测器的辐照研究与中等通量，以获得高的综合命中率。结果表明，下降高达40%的标称检测器气体增益，这将导致跟踪效率的严重损失。我们讨论了可能的缓解策略，导致一个新的设计的创业板箔电极分割在径向方向上，而不是“传统的”横向分割。新设计的优点包括跨不同扇区的均匀命中率、无需电压补偿的增益-损耗最小化以及检测器增益与背景通量形状的独立性。
2022-01-22 physics.ins-det
Studies of the delayed discharge propagation in the Gas Electron Multiplier (GEM)
本文提出了一种调查的放电传播（DP）的读出电极发生微秒的时间延迟后，一个创业板箔孔内发展的主要放电。在初始DP测量中使用了单孔THGEM（THick GEM）箔，该箔能够实现受控放电位置和在THGEM箔中具有过电压的初级放电感应。为了证明使用定制THGEM箔的合理性，使用标准GEM箔进行了额外测量。用普通SLR和高速摄影机对Ne-CO $_2$ -N $_2$（90-10-5）混合物在不同的功率配置下的延迟DP进行了相关的光学和电学测量。测量结果表明，延迟DP发生没有漂移场，与一个反向感应场，反向THGEM电压或反向漂移场。在初级放电之后，在低于DP的起始场的感应场值的感应区中存在电荷转移。在主放电和延迟DP之间的时间，观察到三个不同的电流制度，这表明在感应区的多个电荷转移机制。高速摄像机记录提供了宝贵的洞察力的时间演变的主要和延迟DP，特别是当与电气测量。
2019-02-27 physics.ins-det
Light multi-GEM detector for high-resolution tracking systems
在气体电子倍增器箔中的铜电极的受控蚀刻允许对于三重GEM检测器的材料预算减少超过两倍。使用薄箔的探测器提供了与标准设备相似的性能：双GEM的增益超过10^4，5.9 keV X射线的能量分辨率为27% fwhm。
2005-11-04 physics.ins-det
Studies on ion back-flow of Time Projection Chamber based on GEM and anode wire grid
在时间投影室（TPC）中广泛使用门控线以避免漂移体积中的离子回流（IBF）。阳极丝可以在高电压下提供稳定的增益，具有长寿命。然而，打开和关闭门控栅极（GG）导致死区时间，并且还限制了TPC的读出效率。气体电子倍增器（GEM）箔为TPC提供了连续读出的可能性，它可以在保持稳定增益的同时有效地抑制IBF。已经建立了包括两层GEM箔和阳极丝的原型室，以结合GEM和阳极丝的优点。利用Garfield++软件和有限元分析（FEA）方法，对电子和离子的传输过程进行了模拟，得到了离子吸收率、增益和IBF比等结果。将优化后的参数应用于原型室，测试了IBF等性能。两个GEM箔都在低电压（255V）下运行，而大部分增益由阳极线提供。测量结果表明，在有效增益约为2500，能量分辨率约为10%的情况下，双层GEM箔（交错）可以将IBF比抑制到约0.58%。
2019-06-22 physics.ins-det
Hole Misalignment and Gain Performance of Gaseous Electron Multipliers
众所周知，气体电子倍增器（GEM）的增益性能取决于空穴的大小。使用光学扫描仪可以测量孔的尺寸，并预测GEM的性能。然而，用双掩模蚀刻技术制造的GEM的增益预测并不简单。仅利用孔尺寸信息，不可能对增益进行精确预测。我们发现，对准的光掩模之间的GEM箔的两侧起着至关重要的作用。几微米的未对准可以显著降低增益。该研究是通过使用赫尔辛基高清晰度光学扫描仪进行GEM箔的质量控制，这将显示其真正的潜力。
2021-03-14 hep-ex physics.ins-det
Low-mass GEM detector with radial zigzag readout strips for forward tracking at the EIC
我们目前的设计和建造的大型低质量三GEM探测器原型的前向跟踪在未来的电子离子对撞机。在这种环境中，前向和后向轨道的多次散射必须最小化，以便电子轨道可以干净地匹配到量热计簇，并且强子轨道可以有效地种子RICH环重建用于粒子识别。因此，前向跟踪探测器的材料预算是至关重要的。探测器的结构建立在CMS为μ子端盖GEM升级开创的机械箔拉伸和组装技术的基础上。作为一项创新，该探测器在薄的大箔上而不是PCB上实现漂移和读出电极。这些箔与单个堆叠中的三个GEM箔一起机械拉伸。这将有效区域中的总探测器材料的辐射长度从超过4%减少到低于0.6%，减少了七倍。它还旨在提高整个检测器的漂移和感应间隙尺寸的均匀性，从而提高信号响应的均匀性。由碳纤维复合材料定制的薄外框从拉伸的箔堆叠中吸收张力，并提供检测器刚性，同时保持检测器质量较低。气体体积用薄的镀铝聚酰亚胺箔封闭。梯形探测器覆盖30.1度的方位角和8 cm至90 cm的半径。它是用径向锯齿形条带读出的，其外径为1.37 mrad，内径为4.14 mrad，这减少了所需电子通道的数量和相关成本，同时保持了良好的空间分辨率。所有前端读出电子器件都位于梯形外半径处远离有源区的位置。
2017-11-14 physics.ins-det
New (TH)GEM coating materials characterised using spectroscopy methods
在这项工作中，GEM和单孔厚GEM结构，由不同的涂层材料，进行了研究。所使用的箔包含由铜、铝、钼、不锈钢、钨和钽制成的导电层。该研究的主要重点是确定在基于GEM的探测器中形成放电的材料依赖性。对于这项任务，放电概率测量进行了几个厚GEM样品使用一个基本的电子读出链。除此之外，还采用光谱学方法来研究不同箔片放电期间发出的光。据观察，GEM的光谱包括来自导电层材料的发射线。这表明在初始火花之后在放电等离子体中存在箔材料。然而，在研究厚GEM中诱导的火花放电时，没有观察到与涂层材料相关的线。它的结论是，导电层材料不发挥实质性的作用，在稳定性方面对初级放电。然而，在二次放电形成的情况下观察到强烈的材料依赖性，指出钼涂层是提供增加的稳定性的涂层。
2021-11-05 physics.ins-det
GEM Production at the FTD in Bonn
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik, University of Bonn（波恩大学亥姆霍兹射线与核物理研究所）；Forschungs- und Technologiezentrum Detektorphysik, University of Bonn（波恩大学探测器物理研究与技术中心）；CERN, Geneva（日内瓦欧洲核子研究中心）
本文介绍了在波恩大学FTD建立10 cm x 10 cm GEM箔片本地生产线，采用双掩模光刻和化学蚀刻工艺，并通过质量控制验证其高性能。
2026-06-02 physics.ins-det
Systematic measurements of the gain and the energy resolution of single and double mask GEM detectors
系统的增益和能量分辨率的研究已经进行了不同的跨GEM箔的单掩模和双掩模三GEM探测器原型的电压。还测量了在保持其他电压恒定的情况下改变漂移电压、转移电压和感应电压时增益和能量分辨率的变化。给出了系统测量的结果。
2015-05-26 hep-ex physics.ins-det
Feasibility Study of Gas Electron Multiplier Detector as an X-Ray Image Sensor
气体电子倍增器（GEM）探测器由于其易于制造、灵活的几何结构和低廉的制造成本，可以用作X射线图像传感器。为了研究GEM探测器作为X射线图像传感器的可能性，我们获得了相对探测效率，并提出了提高探测效率的方法。GEM探测器系统由GEM箔、仪器系统、气体系统和负电源组成。仪器系统由A225电荷灵敏前置放大器、A206前置放大器和MCA 8000 D多道分析仪组成。对于气体系统，氩气与CO2以8：2的比例混合，并且对于负2，000伏，使用3106 D电源。使用CsI涂覆的GEM箔来提高检测效率。采用Fe-55作为X射线源，通过GEM探测器与CdTe探测器的比值来获得相对效率。采用总计数法和能谱法计算了相对效率。GEM探测器对Fe-55的相对探测效率，总计数法为32%，能谱法为5，43，33，37，35，36%。综上所述，我们发现两层GEM探测器的探测效率对于X射线图像传感器来说是不够的，因此我们提出了一种CsI涂层GEM箔来提高效率，结果值增加到41%。
2015-03-12 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Performance of triple-GEM detectors for the CMS Phase-2 upgrade measured in test beam
CMS实验第二阶段升级的端盖μ子系统的GE 2/1和ME 0站的三重GEM探测器已在试验束中运行，以测量其效率和空间分辨率，同时还使用了一个高空间分辨率的三重GEM跟踪器。GE 2/1探测器的生产模块和原型ME 0探测器显示出出色的本地效率。采用随机孔扇区化的GEM箔的原型探测器显示出死区的显著减少。跟踪器的空间分辨率已被测量，并发现接近预期值75 μm。
2022-10-14 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the electron transmission rate of the gating foil for the TPC of the ILC experiment
我们已经开发了一种门控箔的时间投影室设想作为中央跟踪器的国际直线对撞机实验。它具有类似于气体电子倍增器（GEM）的结构，具有更高的光学孔径比，并且在没有气体放大的情况下用作离子门。在没有磁场的情况下，使用$^{55}$ Fe源和激光器，以计数模式测量在箔上施加的宽范围电压的电子传输速率。从电子透射率估计了箔对正离子的阻挡能力。
2019-05-01 hep-ex physics.ins-det
Preliminary results of Ion Backflow study for a single GEM detector
气体探测器用于低能和高能物理实验。目前的气体检测器，即，微图案气体检测器（MPGD）更有效和快速。气体电子倍增器（GEM）在MPGD成员中是相当知名的。MPGD也被用于其他应用中，如断层扫描/成像，此外，最近，两种不同类型的MPGD的杂交是另一个新兴的研发主题。离子反馈是气体探测器的固有缺陷。然而，在事件率不是很高或漂移量不是太大的情况下，这不是一个大问题。在这里，我们展示了一个简单的实验技术，找到一个单一的创业板箔的离子反馈。这可以解决采用单个GEM箔的实验/应用。
2017-08-07 physics.ins-det
New pixelized Micromegas detector with low discharge rate for the COMPASS experiment
新的Micromegas（微网气体探测器）正在根据欧洲核子研究中心COMPASS合作计划的未来物理项目开发。与目前的探测器相比，几个主要的升级正在研究中：探测器的亮度比强子束高5倍，探测束粒子（通量高达几百kHz/mm^{2}，比目前的Micromegas探测器大10倍），中央部分像素化读出，光和集成电子器件，以及改进的鲁棒性。已经研究了两种减少放电影响的解决方案，Micromegas探测器使用电阻层和使用额外的GEM箔。还测量了这种探测器的性能。2010年在COMPASS生产并安装了一个具有标称有效面积和像素化读出的大尺寸原型。2011年，在COMPASS安装了具有额外GEM箔的原型以及电阻原型，这些探测器的初步结果表现出非常好的性能。我们在这里提出的项目，并报告其状态，特别是大尺寸的原型与额外的创业板箔的性能。
2012-01-25 hep-ex physics.ins-det
Quality control of GEM detectors using scintillation techniques
在未来的高亮度对撞机中，预计将使用大量的这种气体探测器，在制造阶段对微结构进行无损质量控制是一个重要问题。在这项工作中，我们报告使用的闪烁光发射的雪崩在GEM通道检查箔中的缺陷。测试系统的描述和数据的几种气体混合物的相对效率。分析了用低噪声CCD系统获得的箔图像，并与用高放大率工业检测系统获得的光学图像进行了比较。这种测试方法的有效性建立和可能的扩展其使用进行了讨论。
1999-07-17 physics.ins-det
GEM Module Design for the ILD TPC
计划在下一个直线对撞机上建立一个使用微型气体探测器的时间投影室，作为探测器的主要跟踪装置。一种新型的气体电子倍增器（GEMs）的支撑结构，它最大限度地减少了材料，提高了箔的平整度，已经开发和测试了多个GEM模块在一个大型TPC原型在DESY。减少GEM模块边界处的死材料改善了场均匀性。此外，模拟结果表明，在模块边界处的场成形环可以改善非均匀场区域的电荷收集。该成形线被集成到模块设计中，并且已经进行了具有三个模块的成功的测试束活动。首先将讨论有关分辨率和场失真的结果。
2013-10-02 hep-ex physics.ins-det
Triple GEM Detectors for the Forward Tracker in STAR
在RHIC中通过宇称破坏W玻色子产生质子的味分离自旋结构的未来测量需要升级STAR探测器的前向跟踪系统。这一升级将允许重建衰变的W玻色子产生的电子和正电子的电荷符号。基于使用由Tech-Etch Inc.生产的GEM箔的六个大面积三重GEM盘的设计。已经成为提供必要的跟踪精度的具有成本效益的解决方案。我们报告的第一个结果，从光束测试的三个测试探测器使用技术蚀刻生产的创业板箔和激光蚀刻的二维条读出。探测器工作稳定、效率高，空间分辨率达到70 μ m以上，超过了前向跟踪升级的要求。还详细研究了粒子入射角对探测器空间分辨率的影响。
2007-11-23 physics.ins-det
Study of charging up effect in a triple GEM detector
微图形气体探测器技术的发展为我们提供了各种具有良好空间分辨率和高速率性能的探测器，气体电子倍增器（GEM）探测器就是其中之一。典型地，GEM由厚度为50微米的薄聚酰亚胺箔制成，在顶侧和底侧上具有5微米的铜覆层。聚酰亚胺的存在会在外部辐射的影响下改变探测器的增益，这种现象被称为充电效应。在强Fe $^{55}$ X射线源的连续照射下，研究了Ar/COPDMATHABMM（70/30）混合气体的双掩模三重GEM探测器原型的充电效应。文中给出了详细的测量方法和试验结果。
2020-07-22 hep-ex physics.ins-det
A Novel Self-supporting GEM-based Amplification Structure for a Time Projection Chamber at the ILC
现代时间投影室越来越多地基于微图案气体检测器读出系统。本文介绍了一种气体电子倍增器箔的自支撑安装方法。它基于重量轻的陶瓷网格，并承诺以最小的死区和材料覆盖大的读出区域，同时确保平坦和机械稳定的安装。该结构已在时间投影室原型中进行了测试，使用宇宙μ子轨道。量化了安装结构对电荷测量、径迹重建和单点分辨率的影响。
2015-06-11 hep-ex physics.ins-det
Gas electron multiplier based on laser-perforated CVD diamond film: First tests
气体电子倍增器（GEM）广泛应用于现代电离辐射气体探测器、加速器高能物理实验和其他科学领域。典型地，GEM器件基于在两侧上具有孔和电极的介电箔。由抗辐射半导体或宽带隙半导体制成的GEM对于某些应用是理想的。本文介绍了用抗辐射材料，如厚度为100微米的多晶CVD金刚石制成的气体电子倍增器的首次试验结果。在这里，我们报告了基于自支撑多晶CVD金刚石膜的GEM的制备和首次测试。
2016-06-18 hep-ex physics.ins-det
Study of Gas Electron Multiplier Detector Using ANSYS and GARFIELD$^{++}$
针对现有GEM探测器几何结构增益与性能非最优的问题，研究提出新型薄膜几何结构以提升增益、减少离子回流，通过ANSYS建模、Garfield$^{++}$开展研究验证优化方向。
2024-10-07 hep-ex physics.ins-det
Effect of hole geometry on charge sharing and other parameters in GEM-based detectors
本文通过数值模拟研究单层、双层和三层 GEM 探测器中孔几何形状对电荷共享、效率、增益及雪崩—流光模式转变的影响，并与实验数据对比。
2024-03-05 physics.ins-det
Comparative study on charging-up of single, double and triple Gas Electron Multipliers (GEM)
在本文中，已经进行了详细的调查，以了解背后的GEM充电的物理及其对增益的影响。利用~（55）Fe X射线源对双GEM和三GEM进行了实验研究，并与我们以前工作中观察到的单GEM结果进行了比较。研究了不同场结构和不同辐射强度下GEM箔介质极化引起的增益增加和介质上电荷积累引起的增益减小。
2022-05-31 physics.ins-det
Measurements of the Charging-Up Effect in Gas Electron Multipliers
GEM被广泛用作暴露于高速率的气体检测器中的放大级。GEM由涂有两层薄铜层的聚酰亚胺箔组成。收集到孔中或在放大过程期间产生的电荷可以粘附到孔内的聚酰亚胺部分。这通常伴随着有效增益的变化。这种效应通常被称为充电效应。这项工作提出了一个系统的调查的效果下，良好的控制和监测条件下的一个单一的标准GEM箔在Ar/CO $_2$（90/10）气体的X射线相互作用的检测器中的变化速率和不同的增益的箔。为了涵盖各种不同的费率，我们采用两种不同的方法。第一个是基于电流测量，而第二个依赖于随时间推移的$^{55}$ Fe光谱的分析。这两种方法给出了一致的结果，示出了初始的有效增益随时间的增加和渐近饱和，这可以很好地描述了一个单指数函数。我们发现，从我们的测量尺度提取的特征时间常数成反比的入射电子的速率为一个给定的GEM电压。引入特征量，它描述了每个孔的入射电子数或每个特征时间内孔中的电子总数，我们发现在相同的GEM电压下进行测量的一致数字。然而，对于在不同GEM电压下进行的测量，还发现空穴内部的电子的特征总数（其被认为考虑了不同的有效增益）对于$U_{\rm GEM}=$ 350 V（$n_{\rm tot}=8.8\times 10^8$）比400 V（$n_{\rm tot}=2.4\times 10^8$）高约3.5倍。这暗示了充电特性对GEM电压的残余依赖性。
2020-04-09 physics.ins-det
Effect of charging-up on the uniformity of a single mask triple GEM detector
气体电子倍增器（GEM）探测器是微图案气体探测器（MPGD）系列的高级成员之一，由于其高速率处理能力和良好的空间分辨率，在高能物理（HEP）实验中用作跟踪设备。探测器性能的一致性是任何跟踪装置的基本标准。GEM腔室的有效体积内的介电介质（Kapton）的存在改变了其在暴露于外部辐射时的行为。这种现象被称为充电效应。在本文中，针对带电和不带电的GEM箔，报告了尺寸为10 cm $\times$ 10 cm的单掩模（SM）三GEM腔室的增益、能量分辨率和计数率的均匀性。
2022-06-22 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Performance evaluation of a GEM-based readout module for the ILC TPC with a large aperture GEM-like gating device by a beam test
在国际直线对撞机（ILC）上利用反冲质量技术对希格斯玻色子进行精确测量时，需要有较高的动量分辨率。国际大型探测器（ILD）设计为通过MPGD读出时间投影室（TPC）满足这一要求，该时间投影室提供约200个采样点，每个采样点的空间分辨率为100 $μ$ m，在3.5 T的磁场中运行。然而，存在一个潜在的问题，即在端平面检测器模块中的气体放大过程中产生的许多正离子将流回到TPC的漂移体积中并使其电场失真。这些正离子必须在到达漂移体积之前通过门控装置去除。我们已经开发了一种类似GEM的门控装置（门控箔），以防止离子回流到漂移体积，并评估其性能。在DESY进行了性能测量，使用5 GeV电子束和1 T磁场中的大型原型TPC。我们已经测量了我们的MPGD模块配备的门控箔和电子传输率的门控设备的空间分辨率。这是世界上第一个配备高性能选通设备的“无线”TPC的测试束实验。在这份报告中，我们提出了我们的空间分辨率和电子传输率的结果。
2020-02-27 physics.ins-det
Test beam results of a Cylindrical GEM detector for the BESIII experiment
气体探测器是一种非常轻的仪器，用于高能物理中测量粒子的性质：位置和动量。通过高电场，可以使用气体电子倍增器（GEM）技术来探测带电粒子，并利用它们的特性来构建大面积探测器，例如BESIII的新IT。GEM生产中的现有技术允许产生非常大面积的GEM箔（高达50 × 100 $\mathrm{cm}^2$），并且由于这些箔的小厚度，可以将其成形为期望的形式：然后提出圆柱形气体电子倍增器（CGEM）。基于Rohacell（PMI泡沫）的创新施工技术将为阴极和阳极提供坚固性，对材料预算的影响非常小。整个探测器是由粘在边缘的Permaglass环支撑的。这些环用于装配CGEM，以及专用的垂直插入系统，此外，它们还承载探测器上的电子设备。改进了阳极的w.r.t.通过使带间电容最小化的锯齿状读出来实现现有技术。这种探测器的机械挑战要求整个区域的整个几何形状的精度在几百微米以内。在这方面的贡献的建设技术的概述，通过实现CGEM，其第一次测试，这种技术的验证将被提出。这些活动是在BESIIICGEM项目（645664）的框架内进行的，该项目由欧盟委员会在行动H2020-RISE-MSCA-2014中资助。
2018-03-20 hep-ex physics.ins-det
Single electron multiplication distribution in GEM avalanches
本文介绍了单电子在GEM薄膜中引发雪崩的倍增分布的测量结果和实验方法。测量依赖于所研究的GEM对光电子的放大，随后在MWPC中放大以增强信号并读出。固有检测器分辨率，即乘法的sigma-over-mean比率。分布也得到了阐述。小的增益依赖性的雪崩响应分布的形状中观察到的净有效增益为15至100的范围内。该分布在大振幅处具有指数衰减的尾部。在小振幅下，所施加的工作气体被认为对倍增分布的形状具有明显的影响。同样，工作气体通过抑制低振幅响应对GEM的固有检测器分辨率产生影响。使用氖基混合物达到0.75的σ平均值比，而其他气体提供接近1的固有检测器分辨率，这意味着倍增分布更接近低场极限指数情况。
2016-10-25 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Space-Charge Effects in an Ungated GEM-based TPC
时间投影室（TPC）在高速率实验中的应用的基本限制是缓慢漂移离子在活性气体体积中的积累，这损害了漂移场的均匀性，从而损害了检测器分辨率。传统上，通过使用离子门控结构来克服该问题。然而，这种方法引入了大的死区时间，并将触发速率限制在每秒几百次。通过使用气体电子倍增器（GEM）箔进行气体放大，可以从设置中消除离子门，这本质上抑制了离子的回流。这使得TPC在高速率下的连续操作是可行的。在这项工作中，蒙特卡罗模拟的离子空间电荷的建立在一个GEM为基础的TPC和由此产生的漂移失真的校正进行了讨论，基于现实的数字在三个GEM放大堆栈的离子回流。FAIR未来的PANDA实验中的TPC可以作为实验环境的一个例子，在该实验中，反质子-质子相互作用速率将达到每秒2 × 10^7。模拟结果表明，空间电荷密度达到65 fC每立方厘米，导致电子漂移失真高达10毫米。激光校准系统的应用，以纠正这些失真的影响。基于探测器物理和响应的全面模拟，我们表明，它是可能的，以纠正漂移失真，并保持良好的动量分辨率的GEM-TPC。
2012-09-03 hep-ex physics.ins-det
Property of LCP-GEM in Pure Dimethyl Ether at Low Pressure
本文系统地研究了气体电子倍增器（GEM）箔在低压纯二甲醚（DME）中的增益特性。GEM由设计用于空间的铜包层液晶聚合物绝缘体（LCP-GEM）制成，并应用于充满低压DME气体的时间投影室，以观察宇宙X射线的线偏振。我们已经测量了100 μ m厚的LCP-GEM的增益作为GEM电极之间的电压的函数，在各种气体压力范围从10到190托与6.4 keV的X射线。在190托的最高增益约为2 × 104，而在20托的最高增益约为500。我们发现，压力和电场的GEM增益的依赖性描述的第一汤森德系数。从4.5到8.0 keV的能量范围是线性的，在30 Torr以上的非线性小于1.4%。
2014-05-27 physics.ins-det
Progress on large area GEMs
2008年，在66*66 cm的箔的基础上，建造了一个面积约为2000 cm 2的三重GEM探测器原型。这种尺寸的宝石以前从未被制造过，并对现有技术进行了创新以建造这种探测器。本文讨论了这些创新，并提出了进一步的工作，大面积GEM的发展。单掩模技术克服了两个掩模对准的繁琐实践，这限制了可实现的横向尺寸。用这种技术获得的孔是圆锥形的，并且具有所谓的边缘，即衬底中孔周围的小绝缘间隙。这种技术的进一步改进允许更好地控制孔的形状和边缘的大小。此外，预期大面积上的均匀性得到改善。模拟研究已经完成，以检查孔的形状对宝石的行为的影响。这些研究可以帮助理解如何使用新的增强技术来优化性能。大面积GEM的许多潜在应用预见了大产量。已经研究了生产问题，并且单掩模GEM比标准GEM更适合于大规模生产。
2009-11-26 physics.ins-det
3D Simulation of Electron and Ion Transmission of GEM-based Detectors
时间投影室（TPC）已被选为几个高通量和高重复率实验的主要跟踪系统。这些包括正在进行的实验，如ALICE和未来的实验，如PANDA在FAIR和ILC。在采用气体电子倍增器（GEM）作为ALICE-TPC升级版的气体放大级时，开展了不同的$\mathrm{R}\&\mathrm{D}$活动。通过这些活动确定了低离子反馈的要求。低离子反馈使空间电荷引起的失真最小化，并保持探测器增益和能量分辨率的必要值。在目前的工作中，加菲尔德模拟框架已被用来研究发生在单，三，四GEM探测器的相关物理过程。本文研究了由不同孔距的箔片组成的四重GEM在不同电磁场配置下的离子回流和电子传输（ALICE TPC的投影解）。最后提出了一种新的三重GEM探测器配置，具有低离子回流分数和良好的电子传输特性，作为一个更简单的GEM为基础的替代方案，适合未来的对撞机实验的TPC。
2017-10-02 physics.ins-det
