Untersuchung von strahlenharten 3D-Siliziumstreifendetektoren mittels eines analogen Auslesesystems

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Halbleiterdetektoren
  • Eigenschaften von Silizium
  • pn-Übergang
  • Funktionsweise von Halbleiterdetektoren
  • Rauschen
  • Energiedeposition von geladenen Teilchen in Materie
• Strahlenschäden und Strahlenhärte
  • Strahlenschäden
    • Erhöhung des Leckstroms
    • Verringerung der Ladungssammlungseffizienz
    • Veränderung der effektiven Dotierungskonzentration
  • NIEL-Skalierungshypothese
  • Annealing
  • Ladungsmultiplikation
• Siliziumstreifendetektoren
  • Detektorherstellung
    • Anforderungen an strahlenharte Siliziumstreifendetektoren
    • Herstellung des Siliziums
    • Fabrikation eines planaren Siliziumdetektors
    • Aufbau eines Siliziumstreifendetektors
  • 3D Sensoren
    • Prinzip der 3D-Detektoren
    • Getestete Detektoren
• Teststand mit radioaktiver Quelle
  • Teststände zum Vermessen von Detektoren
    • Probestation
    • Lasersetup
    • Betasetup
    • Testbeam
  • Versuchsaufbau des Betasetups
    • Radioaktive Quelle
    • Mechanischer Aufbau
    • Analoges Auslesesystem ALiBaVa
• Messvorgang und Datenanalyse
  • C-V-Kurven
  • I-V-Kurven
  • Kalibration
  • Bestimmung des Pedestals
  • Messung des Rauschens
  • Messung der Ladungssammlungseffizienz
    • Vorbereitende Einstellungen
    • Bestimmung der Pulsform
    • Bestimmung des Signalspektrums
    • Ermittlung der gesammelten Ladung
    • Erstellen der Hitmap
• Messergebnisse
  • Ergebnisse des unbestrahlten Sensors
  • Ladungssammlung der hochbestrahlten Sensoren
    • p-Typ-Detektoren
    • n-Typ-Detektoren
  • Charge Multiplication
    • Rauschen, Micro-Discharges und Occupancy
    • Untersuchung der Charge Multiplication
  • Zusammenfassung der bestrahlten Detektoren
• Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung der Strahlenhärte von 3D-Siliziumstreifendetektoren. Ziel ist es, die Auswirkungen von Strahlung auf die Detektoreigenschaften zu analysieren und die Leistungsfähigkeit dieser Detektoren in Umgebungen mit hoher Strahlenbelastung zu bewerten.

• Strahlenschäden in Siliziumdetektoren
• Ladungssammlungseffizienz und Leckstrom
• Ladungsmultiplikation und Rauschen
• Anforderungen an strahlenharte Detektoren
• Charakterisierung von 3D-Siliziumstreifendetektoren

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Bedeutung von Teilchendetektoren in der Hochenergiephysik erläutert und die Herausforderungen im Kontext des Large Hadron Collider (LHC) beleuchtet. Kapitel 2 führt in die Funktionsweise von Halbleiterdetektoren ein, insbesondere von Siliziumdetektoren. Kapitel 3 behandelt die Auswirkungen von Strahlung auf Halbleitermaterialien und die Konzepte der Strahlenhärte und des NIEL-Modells. Kapitel 4 fokussiert auf die Herstellung und Charakterisierung von Siliziumstreifendetektoren, insbesondere von 3D-Sensoren. Kapitel 5 beschreibt den Aufbau eines Teststands mit radioaktiver Quelle, der zur Messung der Detektoreigenschaften eingesetzt wird. Kapitel 6 erläutert die Messvorgänge und die Datenanalyse, die zur Bestimmung der Ladungssammlungseffizienz, des Rauschens und anderer Parameter durchgeführt werden. Kapitel 7 präsentiert die Messergebnisse für unbestrahlte und bestrahlte Detektoren, wobei die Auswirkungen von Strahlung auf die Detektoreigenschaften untersucht werden. Schließlich fasst das letzte Kapitel die Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen.

Schlüsselwörter

Die Arbeit behandelt die Themen Strahlenhärte, 3D-Siliziumstreifendetektoren, Ladungssammlungseffizienz, Leckstrom, Ladungsmultiplikation, Rauschen, Hochenergiephysik, Large Hadron Collider (LHC), NIEL-Modell.