IEKP-KA/2013-4 - Institut für Experimentelle Kernphysik - KIT
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18 3. Grundlagen<br />
Die Konzentration der Atome im Siliziumkristall beträgt 5 × 10 22 cm −3 , die Gitterkonstante<br />
ist ungefähr 5 × 10 −10 m [Thu05]. Der Kristall hat Diamantstruktur, seine erste<br />
Brillouin-Zone ist ein stumpfes Oktaeder, entsprechend einem kubisch-flächenzentrierten<br />
Bravaisgitter [AM07]. Tabelle 3.1 gibt weitere wichtige Eigenschaften von Silizium wieder.<br />
Ordnungszahl 14 [Thu05]<br />
Dichte 2330 kg m −3 [Win12]<br />
Atommasse 28,085 u [WC10]<br />
Massenanteil an der Erdhülle 25,7 % [Win12]<br />
Bandlücke (bei 300 K) 1,12 eV [PR02]<br />
Art der Bandlücke indirekt [Thu05]<br />
Relative Dielektrizitätskonstante ε 11,4 [Thu05]<br />
Effektive Masse der Elektronen m e /m 0 0,32 [Thu05]<br />
Effektive Masse der Löcher m h /m 0 0,57 [Thu05]<br />
Tabelle 3.1.: Wichtige Eingenschaften von Silizium<br />
Halbleiterdetektoren werden meist aus Siliziumkristallen hergestellt. Als Donatoren werden<br />
Phosphor oder Antimon eingesetzt, <strong>für</strong> Akzeptoren werden Bor oder Aluminium<br />
verwendet [Dem04].<br />
3.7. Streifensensoren<br />
Streifensensoren werden im CMS-Experiment aufgrund ihrer guten Ortsauflösung zur<br />
Spurrekonstruktion von geladenen Teilchen im Detektor eingesetzt.<br />
Jeder Streifen eines Sensors funktioniert wie ein pn-Übergang, der mit Hilfe einer äußeren<br />
Sperrspannung vollständig von freien Ladungsträgern verarmt wird. Beim Durchgang<br />
von geladenen Teilchen werden Ladungsträger entlang der Trajektorie des Teilchens erzeugt.<br />
Die Ladungsträger werden vom elektrischen Feld der äußeren Spannung zum Sensorrand<br />
hin abgesaugt. Das entstandene Signal wird kapazitiv von der Ausleseelektronik<br />
erfasst. Abbildung 3.6 zeigt das Funktionsprinzip des Streifensensors.<br />
-<br />
Ionisierendes<br />
Teilchen<br />
SiO 2 Schicht<br />
V FD<br />
+<br />
E-Feld<br />
p+ p+ p+ p+ p+ p+<br />
n-Bulk<br />
n++<br />
Aluminium-Rückseite<br />
e - h +<br />
Abbildung 3.6.: Funktionsprinzip eines Streifensensors. Der Sensor wird mittels einer äußeren<br />
Spannung vollständig von freien Ladungsträgern verarmt. Beim<br />
Durchgang geladener Teilchen wird nach der Bethe-Bloch-Formel Energie<br />
im Material deponiert. Dadurch werden in der Verarmungszone Ladungsträgerpaare<br />
gebildet. Die Ladungsträger werden von dem elektrischen<br />
Feld im Sensor abgesaugt. Dabei entsteht ein Signal, welches kapazitiv<br />
ausgelesen wird. Nach [Har08], Layout von [Fre12]
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