IEKP-KA/2013-4 - Institut für Experimentelle Kernphysik - KIT

6.1. Wichtige Bezeichnungen 35
6.1.5.1. Schrotrauschen
Das Schrotrauschen wird vom Leckstrom hervorgerufen. Dessen Ladungsträger müssen
im Sensormaterial Potentialbarrieren überwinden, was ein stochastischer Prozess ist und
damit ungleichmäßig verläuft [Sch18]. Das Schrotrauschen spielt eine umso größere Rolle,
je größer der Leckstrom eines Sensors ist. Dies kommt insbesondere bei bestrahlten
Sensoren zum Tragen. Das Schrotrauschen berechnet sich nach:
ENC IL = e 2 ·
√
I L · t p
q e
(6.7)
Mit der Eulerschen Zahl e, der Peaking-Zeit t p und der Elementarladung q e .
6.1.5.2. Paralleles thermisches Rauschen
Das Wärmerauschen wird durch die thermische Bewegung des Kristallgitters und der
Leitungselektronen erzeugt. [Joh28] und [Nyq28] An den Bias-Widerständen entsteht so
der parallele Anteil des Wärmerauschens, er errechnet sich nach:
ENC RP = e q e
·
√
k B T · t p
2 · R Bias
(6.8)
Mit der Boltzmannkonstanten k B , der Temperatur T und dem Bias-Widerstand R Bias .
6.1.5.3. Serielles thermisches Rauschen
Der serielle Anteil des thermischen Rauschens wird durch den Widerstand des Siliziumstreifens
hervorgerufen. Außerdem kommt die Gesamtkapazität des Streifens nach
Gleichung 5.2 zum Tragen:
Dabei ist R S der Widerstand des Siliziumstreifens.
√
ENC RS = C tot · e k
· B T · R S
(6.9)
q e 6 · t p
6.1.5.4. Elektronik-Rauschen
Den größten Beitrag zum Rauschen leistet das Signalrauschen des Vorverstärkers in der
Ausleseelektronik:
ENC C = a + b · C tot (6.10)
Die Parameter a und b sind abhängig vom Vorverstärker des Auslesechips und dessen
Betriebstemperatur.
Beispiel: Beim APV25-Chip (Siehe Abschnitt 6.3.3 auf Seite 38) zeigen Simulationen, dass
der Vorverstärker ein Rauschen von 246 Elektronen zuzüglich 36 Elektronen pro Picofarrad
des Sensors erzeugt. Ist am Chip ein Sensor mit einer Kapazität von 18 pF pro
Streifen angebunden, so trägt das Elektronik-Rauschen mit knapp 900 Elektronen zum
Gesamtrauschen bei. [J + 99]