Research Projects

SPACERAD

PN-IV-P7-7.1-PED-2024-2029 • 53 PED/2025

An Innovative Ion Irradiation Platform for Exploring Nano-Satellites Resilience to Space Radiation

Research Team

IFIN-HH Team: Ion Burducea, Marta Petruneac, Decebal-Alexandru Iancu, Mihai Straticiuc, Gihan Velişa, Dan Gabriel Ghiță, Andrei-Theodor Hotnog, Mircea Lechințan, Radu Florin Andrei, Marin Focșăneanu

MAZAROM Team: Adrian Totu, Cosmin Gogu, Marius-Constantin Simion, et al.

Research Objectives
  • Development and calibration of an experimental platform for radiation resistance testing
  • Testing and monitoring of microelectronic devices and integrated circuits using thermal imaging camera
  • Characterization before and after irradiation using computed tomography
  • Testing and validation of ion beam irradiation configuration for CARD-SAT nano-satellite electronic components
Dissemination
  • Peer-reviewed scientific articles
  • International conference presentations
  • For more information, download our SPACERAD project brochure
Contact

Email: bion@nipne.ro

PN-IV-P1-PCE-2023-0567 • 93 PCE/2025

Athermal Annihilation of Defects in Ge using Extreme Radiation Environments: Myth or Reality?

Research Team

Project Director: dr. Gihan Velișa

Research Members: dr. Mihai Straticiuc, dr. Ion Burducea, dr. Dan G. Ghita

Postdoctoral Research Members: dr. Maria Diana Mihai, dr. Decebal Iancu

Master's Student: Andrei-Theodor Hotnog

Research Objectives

This fundamental research project advances scientific knowledge on annihilation processes of defects induced by ion implantation in semiconductors. As a precursor study, it contributes decisively to the optimization of processing protocols employed in the semiconductor industry.

The project focuses on experimental validation or invalidation of the hypothesis that the AIIA process does not hinder the formation of B- or P-doped junctions—an area of research that remains insufficiently explored. The outcomes will enhance the visibility and impact of our research group within the international scientific community.

Dissemination
  • Peer-reviewed scientific articles
  • International conference presentations
Contact

Email: gihan.velisa@nipne.ro

PNCDI IV / 5.9 / 5.9.2 • FAIR-RO/RD/2024_007

07.2024 - 12.2025

Ga2O3 The New Kid in the Class of Radiation Tolerant Semiconductors

Research Team (Echipa de Cercetare)
  • Project Director: dr. Gihan Velișa
  • Research Members: dr. Ion Burducea, dr. Mihai Straticiuc, dr. Decebal-Alexandru Iancu, dr. Radu-Florin Andrei, Andrei-Theodor Hotnog

Research Objectives (Obiective de Cercetare)

EN: The project aims to employ controlled irradiation in order to engineer defect states and phase stability in Ga2O3, a wide-bandgap semiconductor from the class of polymorphic materials. These processes are of crucial importance for advanced device applications in high-performance electronics.

RO: Proiectul are ca scop utilizarea iradierilor cu ioni pentru controla defectele și stabilitatea fazelor în Ga2O3, un semiconducttor cu bandă largă din clasa materialelor polimorfice. Aceste procese sunt de importanță crucială pentru aplicațiile cu dispozitive avansate în electronică de înaltă performanță.

Stages & Activities (Etape și activități)
  1. I. Damage evolution from electronic excitations induced by intermediate energy ions (Part I) - Evoluția defectelor preexistente în urma iradierii cu ioni de energie medie (Partea I)
    1. I.1. Low-energy ion irradiation of β-Ga2O3 single crystal at 300 K @ IFIN-HH - Pre-iradierea monocristalelor β-Ga2O3 la 300 K cu ioni de Au
    2. I.2. Damage evolution from electronic excitations induced by 12 MeV O ions (Part I) - Evoluția defectelor în urma iradierii cu ioni de O la 12 MeV (Partea I)
    3. I.3. Damage evolution from electronic excitations induced by 18 MeV Si ions (Part I) - Evoluția defectelor în urma iradierii cu ioni de Si la 18 MeV (Partea I)
  2. II. Damage evolution from electronic excitations induced by intermediate energy ions (Part II) - Evoluția defectelor preexistente în urma iradierii cu ioni de energie medie (Partea a II-a)
    1. II.1. Damage evolution from electronic excitations induced by 12 MeV O ions (Part II) - Evoluția defectelor în urma iradierii cu ioni de O la 12 MeV (Partea a II-a)
    2. II.2. Damage evolution from electronic excitations induced by 18 MeV Si ions (Part II) - Evoluția defectelor în urma iradierii cu ioni de Si la 18 MeV (Partea a II-a)
    3. II.3. Recovery cross section (σr) associated with ionization-induced recovery process - Secțiunea transversală de recristalizare asociată cu refacerea structurii cristaline induse de procesul de ionizare
    4. II.4. The average track diameter associated with synergistic effect - Diametru mediu al nano-canalelor create de efectul sinergistic
    5. II.5. Damage evolution from electronic excitations induced by swift heavy ions (Part I) - Evoluția defectelor preexistente în urma iradierii cu ioni grei rapizi (Partea I)
  3. III. Damage evolution from electronic excitations induced by swift heavy ions and ion velocity effect - Evoluția defectelor preexistente în urma iradierii cu ioni grei rapizi
    1. III.1. Damage evolution from electronic excitations induced by swift heavy ions (Part II) - Evoluția defectelor preexistante în urma iradierii cu ioni grei rapizi și studiul efectului "ion velocity"
    2. III.2. Ion velocity effects on damage evolution - Efectele vitezei ionilor asupra evoluției defectelor preexistente

Results & Dissemination (Rezultate și Diseminare)
  • Peer-reviewed scientific articles (Articole științifice)
    1. D. Iancu, E. Zarkadoula, V. Leca, A. Hotnog, Y. Zhang, W.J. Weber, G. Velişa, Intrinsic property of defective β-Ga2O3 to self-heal under ionizing irradiation, Scripta Materialia, Volume 268, 2025, 116858, ISSN 1359-6462, doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.116858.

  • International conference presentations (Prezentări la conferințe internaționale)
  • A. Hotnog, E. Zarkadoula, D. Iancu, V. Leca, Y. Zhang, W. J. Weber, and G. Velișa, oral presentation "Inelastic interactions of ions with defective Ga₂O₃", Symposium R "New developments in the modeling and analysis of radiation damage in materials III", EMRS 2025 Spring Meeting, May 26-30, 2025, Strasbourg, France
Contact

Email: gihan.velisa@nipne.ro

PNCDI IV / 5.9 / 5.9.2 • FAIR-RO/RD/2024_012

07.2024 - 12.2025

Development of an Innovative Matrix Detector for Ions

Research Team (Echipa de Cercetare)
  • Project Director: dr. Mihai Straticiuc
  • Research Members: dr. Ion Burducea, dr. Dana Dumitriu, dr. Gihan Velișa, dr. Mircea Lechințan, dr. Paul Mereuță, dr. Dan Ghiță, Andrei-Theodor Hotnog, Elena Moroianu

Research Objectives (Obiective de Cercetare)

EN: The project aims to develop a semiconductor-based position sensitive ion detector for CRYRING@GSI using low-cost Si or wide bandgap semiconductors like CVD diamond. The detector active medium also needs to be characterized in terms of defect evolution under irradiation in order to assess expected detector performance and lifetime at GSI-FAIR.

RO: Proiectul are ca scop dezvoltarea unui detector de ioni sensibil la poziție, bazat pe semiconductori, pentru CRYRING@GSI folosind Si cu cost scăzut sau semiconductori cu bandă largă precum diamantul CVD. Mediul activ al detectorului trebuie de asemenea caracterizat în ceea ce privește evoluția defectelor în urma iradiere pentru a deduce performanța și durata de viață a detectorului la GSI-FAIR.

Stages & Activities (Etape și activități)
  1. I. Characterization of detector materials and development of a modular testing rig - Caracterizarea materialelor detectorului și dezvoltarea unei platforme de testare modulare
    1. I.1. Ion Beam Analysis (IBA) and SEM-EDX measurements - Analiză cu fascicule de ioni (IBA) și măsurători SEM-EDX
    2. I.2. Monte Carlo simulations of the heavy ion-semiconductor interaction - Simulări Monte Carlo ale interacțiunii ion-semiconductor
    3. I.3. Designing rig to enable both in-beam and radioactive source tests - Proiectarea unui stand pentru teste în fascicul și cu surse radioactive
    4. I.4. Development of associated fast readout electronics prototype for electrical signals given by the active detection elements - Dezvoltarea moduluilui electronic de citire rapidă pentru semnalele electrice furnizate de elementele de detectie active
    5. I.5. Radiation hardness testing and behaviour analysis under temperature change and for XHV (part 1) - Testarea rezistenței la radiații și analiza comportamentului la schimbarea temperaturii și la vid ultra-înalt (XHV) (partea 1)
  2. II. Development, testing for the detection matrices and design, manufacturing and local testing of the final detector - Dezvoltarea, testarea matricelor de detectie și proiectarea, fabricarea și testarea locală a detectorului final
    1. II.1. Charge collection electrodes deposition on samples (where necessary) - Depunerea electrozilor de colectare a sarcinii pe suprafata probelor (dacă este necesar)
    2. II.2. Radiation hardness testing and behaviour analysis under temperature change and for XHV (part 2) - Testarea rezistenței la radiații și analiza comportamentului la schimbarea temperaturii și la vid ultra-înalt (XHV) (partea 2)
    3. II.3. Output signal analysis for various array configurations - Analiza semnalului de ieșire pentru diferite configurații de depunere a grilelor de colectare a sarcinii
    4. II.4. Development of detector main components - Dezvoltarea componentelor principale ale detectorului
      1. II.4.1. Optimal array configuration selection for both MaDeIRo configurations (solar cells and wide bandgap semiconductor) - Selecția optimă a configurației matricei pentru ambele configurații MaDeIRo (celule solare și semiconductor cu bandgap largă)
      2. II.4.2. Electrode deposition - Depunerea electrozilor
      3. II.4.3. Inspection, electrical testing and troubleshooting - Inspectie, testare electrică și depanare
  3. III. Commissioning and installation - Instalare și comisionare
    1. III.1. Manufacturing of final detector casing - Fabricarea monturii detectorului final
    2. III.2. Installation and radioactive source testing inside the storage ring - Instalarea și testarea cu sursă radioactivă în interiorul inelului de stocare
    3. III.3. In-beam tests at CRYRING@ESR - Teste în fascicul la CRYRING@ESR

Results & Dissemination (Rezultate și Diseminare)
  • International conference presentations (Prezentări la conferințe internaționale)
  • A. Hotnog, M. Lechințan, G. Velișa, I. Burducea, D. Iancu, M. Straticiuc, oral presentation "Development efforts toward a Matrix Ion Detector for CRYRING@ESR", Carpathian Summer School of Physics 2025, June 2025, Sinaia, Romania
  • E. Moroianu, M. Straticiuc, I. Burducea, D. Dumitru, A. Hotnog, G. Velișa, M. Lechintan, P. Mereuță, D. Ghiță, oral presentation "Status report on the development of a matrix detector for CRYRING@ESR", 20th Russbach School on Nuclear Astrophysics, March 2025, Russbach, Austria
Contact

Email: mihai.straticiuc@cern.ch