Unai Fischer Abaigar Betreuer Markus Gabrysch Michael Moll

Unai Fischer Abaigar Betreuer: Markus Gabrysch, Michael Moll Strahlenschäden bei Silizium-Halbleiterdetektoren Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt CERN 7. - 19. Oktober 2012

LHC : Beispiel CMS Innerer Detektor Pixeldetektor m 30 c m 93 c Durch die räumliche Nähe zum Kollisionspunkt sind die Detektoren starker Strahlung ausgesetzt. Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Pixel und Streifen Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Verschlechterung des Detektorsignals Pixel: max. fluence(LHC) Streifen: max. fluence(LHC) Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Verschlechterung des Detektorsignals: Luminositätsupgrade Pixel: max. fluence(LHC); max. fluence(s. LHC) Streifen: max. fluence(LHC); max. fluence(s. LHC) Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Funktionsprinzip Halbleiterdetektor Ziel ist es, mit möglichst genauer Auflösung Teilchenbahnen zu messen. Ionisierende Strahlung erzeugt im Detektor Elektronen-Loch Paare, die wandern und einen Strom induzieren. Grundsätzlich ist ein solcher Detektor nichts anderes als eine Diode in Sperrrichtung. Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Dotierung Si Si Si Si Si Si Si Leitungsband Bandlücke = 1. 1 e. V Valenzband Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

n-Dotierung Si Si Si Si P Si Si Si Leitungsband Valenzband Durch die Verunreinigung des Siliziums, wird ein Zwischenniveau in der Bandlücke eingefügt. Es wird wahrscheinlicher, dass ein Elektron auf das Leitungsband kommt. Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

p-Dotierung Si Si Si Si B Si Si Si Leitungsband Valenzband Positive Löcher Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

pn-Übergang Spannung Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

pn-Übergang (mit Spannung) Durch Anlegen einer Spannung, lässt sich die Verarmungszone vergrößern. Die Spannung die benötigt wird, um den ganzen Detektor zu verarmen, heisst „Depletion Voltage“. Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Test-Detektoren n Diese Detektoren dienen nur zum Testen, sie werden nicht verbaut. Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Strahlenbelastung: „charge trapping‘ Beim Wandern durch den Detektor, werden manche Ladungsträger in Störstellen eingefangen. Nach einiger Zeit werden diese wieder freigegeben („detrapping“). Alle 25 ns wird die Ladung ausgelesen -> detrapping braucht länger. Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Aufbau Abschliessende Box Laser (rot, infrarot) Detektor Hochspannung Kühlung Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Aufbau Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Infrarot Messung Trigger für Laser (Oszilloskop) Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Messung mit Infrarotlaser Beispiel Photodiode Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Messung mit Infrarotlaser Beispiel bestrahlter Detektor Spannung: -50 V charge trapping Bei der Messung wurden Temperatur, angelegte Spannung und Dauer des Laserpuls variiert. Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Fitten mit „Matlab“ 10 Messungen übereinander Annahme Strom proportional zu n Versuch eine Funktion für die Beschreibung des ‚detrapping‘ zu finden. (Unter Annahme eines exponentiellen Abfalls). Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie

Fazit. . . Unai Fischer Abaigar, Freiburg i. Br. , Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie