Aufbau

Für die systematischen Untersuchungen in dieser Arbeit wurden GEM-MSGCs verwendet, die eine Größe von $\rm {5''\times 5''}$ besaßen. Erst nach Abschluß dieser Tests wurde mit dem Bau von sogenannten full-size GEM-MSGCs begonnen, die eine Größe von rund (30 $\times$ 30) $\rm cm^2$ und die original HERA-B-Geometrie mit Strahlrohrausschnitt besitzen (siehe Kapitel 5). Abbildung 4.1 zeigt den Aufbau einer GEM-MSGC, wie sie im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurden.

Abbildung 4.1: Aufbau einer MSGC mit GEM-Folie, aus [Dre98b].

• Das Substrat der Testdetektoren besteht aus 0,3 mm dickem, alkalifreiem Glas DESAG AF45 [DES]. Aus Stabilitätsgründen wurde für die full-size Substrate die Glasdicke auf 0,4 mm erhöht.
• Auf dem Glas befindet sich eine ungefähr 0,08 ${\mu}$m dicke Schicht aus amorphem Kohlenstoff ( diamond-like coating), um der Oberfläche einen definierten Widerstand von etwa $2 \cdot 10^{14}$  $\Omega / \Box$ zu geben. Dies ist notwendig, um im Langzeitbetrieb bei hohen Raten Aufladungseffekte auf dem Glas und damit eine Ratenabhängigkeit der Gasverstärkung zu vermeiden.
  Alle Substrate der Testdetektoren wurden von der Firma SURMET [SUR] mit einem solchen Coating beschichtet.
• Auf das beschichtete Glassubstrat wird im lithographischen Lift-Off-Verfahren die 500 nm dicke Elektrodenstruktur aufgebracht. Die Anoden haben eine Breite von 10 ${\mu}$m und die Kathoden von 170 ${\mu}$m. Der Abstand zwischen Anode und Kathode beträgt 60 ${\mu}$m, so daß sich ein Wiederholabstand von Anode zu Anode, der sogenannte Pitch, von 300 ${\mu}$m ergibt.
  Im Rahmen dieser Arbeit wurden als Elektrodenmaterial Gold und Aluminium auf ihre Beständigkeit im Langzeitbetrieb getestet (siehe Abschnitt 4.6.4).
  Das Aufbringen der Mikrostreifen-Struktur erfolgte bei der Firma IMT [IMT], die notwendigen Zeichnungen für die verschiedenen Belichtungsmasken wurden von P.  Robmann von der Universität Zürich erstellt.
• Auf der Rückseite des Substrats befindet sich eine leitende Schicht, die sogenannte Backplane. Sie verbessert die Signalausbreitung und stellt gleichzeitig eine Abschirmung gegen Einkopplungen dar.
  Bei den Testkammern wurde dafür meist Leitsilber verwendet. Für die full-size MSGCs bei HERA-B soll eine dünne, selbstklebende Aluminiumfolie eingesetzt werden.
• Auf dem Substrat befindet sich ein 3 mm hoher Rahmen, der zum einen das Gasvolumen zur Seite abschließt und zum andern als mechanische Halterung für die GEM-Folie dient. Die Bauhöhe dieses Rahmens definiert also den Abstand der GEM-Folie von dem Substrat und damit den sogenannten Transferraum ( transfer gap).
  Um die Bauhöhe zu reduzieren, dabei aber keine Ladung aus der Primärionisation zu verlieren (siehe unten), wurde bei den full-size GEM-MSGCs für HERA-B die Höhe des Transferraums auf 2,8 mm verkleinert.
• Im Gasraum ist die GEM-Folie gespannt. Es handelt sich dabei um eine 50 ${\mu}$m dicke Kapton-Folie, die auf beiden Seiten mit Kupfer beschichtet ist. Die Dicke der Kupferschicht beträgt entweder 15 ${\mu}$m  oder 7 ${\mu}$m (siehe auch Kapitel 4.4). Sowohl in das Kupfer als auch in das Kapton sind je nach Geometrie Löcher mit einem Durchmesser zwischen 50 und 150 ${\mu}$m geätzt, so daß die GEM-Folie bei einer richtigen elektrischen Beschaltung für driftende Elektronen nahezu vollständig transparent ist.
  In dieser Arbeit wurden der Einfluß verschiedener Loch-Geometrien auf die sogenannte GEM-Verstärkung (= Gasverstärkung in der GEM-Folie, siehe Abschnitt 4.4.3) und das Verhalten der GEM-Folie in Langzeit-Hochratentests untersucht (siehe Abschnitt4.6.7).
  Alle GEM-Folien wurden in der galvanischen Werkstatt [STW] am CERN geätzt.
• Ein weiterer 3 mm hoher Rahmen definiert den Abstand zum Driftdeckel und damit die Höhe des sogenannten Driftraums ( drift gap). Nur die Elektronen der Primärionisation aus diesem Gasraum werden sowohl in der GEM-Folie als auch an der MSGC gasverstärkt und erzeugen das Signal. Somit bestimmt die Höhe des Driftraumes die Anzahl der Primärelektronen.
• Der Deckel schließt das Gasvolumen nach oben hin ab und dient gleichzeitig als Driftelektrode. Üblicherweise wurde hierfür eine Kaptonfolie mit einer Dicke von 100 ${\mu}$m verwendet, die einseitig mit 17 ${\mu}$m Kupfer beschichtet ist.
• Die MSGC ist mit einem Zählgas gefüllt, das bei einem Teilchendurchgang die notwendige Primärionisation erlauben und einen sicheren ``Zählbetrieb'' gewährleisten muß. Der Detektor wird bei Atmosphärendruck betrieben.
  Im Rahmen dieser Arbeit wurden Tests mit Ar/DME (50/50) und Ar/ $\rm {CO_2}$ (70/30) durchgeführt.