Untersuchung von strahlenharten 3D-Siliziumstreifendetektoren mittels eines analogen Auslesesystems

Diplomarbeit, 2010
108 Seiten, Note: 2,0

Leseprobe

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.

Häufig gestellte Fragen

Was ist das Ziel der Untersuchung von 3D-Siliziumstreifendetektoren?

Ziel ist es, die Funktionstüchtigkeit und Strahlenhärte dieser Sensoren für den Einsatz am sLHC (Super Large Hadron Collider) unter extremen Bedingungen zu testen.

Wie werden die Teilchendurchgänge im Experiment simuliert?

Die Messungen werden in einem Setup mit einer radioaktiven Strontium-Quelle (90Sr) durchgeführt, um reale Teilchendurchgänge zu erzeugen.

Was sind die Hauptfolgen von Strahlenschäden an Halbleiterdetektoren?

Zu den Schäden gehören die Erhöhung des Leckstroms, die Verringerung der Ladungssammlungseffizienz und Veränderungen der Dotierungskonzentration.

Was ist das ALiBaVa-System?

ALiBaVa ist ein analoges Auslesesystem, das von der RD50-Kollaboration entwickelt wurde, um die Eigenschaften bestrahlter Detektoren präzise zu vermessen.

Was versteht man unter "Charge Multiplication" bei Siliziumdetektoren?

Es handelt sich um einen Effekt, bei dem durch hohe elektrische Felder zusätzliche Ladungsträger generiert werden, was die Signalstärke in hochbestrahlten Sensoren beeinflussen kann.

Ende der Leseprobe aus 108 Seiten - nach oben

Details

Titel: Untersuchung von strahlenharten 3D-Siliziumstreifendetektoren mittels eines analogen Auslesesystems
Hochschule: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (Experimentelle Teilchenphysik)
Note: 2,0
Autor: Jens Preiss (Autor:in)
Erscheinungsjahr: 2010
Seiten: 108
Katalognummer: V299706
ISBN (eBook): 9783656961086
ISBN (Buch): 9783656961093
Dateigröße: 7000 KB
Sprache: Deutsch
Schlagworte: Teilchenphysik Detektoren Auslesesystem Halbleiterphysik sLCH
Produktsicherheit: GRIN Publishing GmbH
Preis (Ebook): US$ 39,99
Preis (Book): US$ 51,99

Arbeit zitieren: Jens Preiss (Autor:in), 2010, Untersuchung von strahlenharten 3D-Siliziumstreifendetektoren mittels eines analogen Auslesesystems, München, Page::Imprint:: GRINVerlagOHG, https://www.diplomarbeiten24.de/document/299706