Masterarbeit - Physikzentrum der RWTH Aachen
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2.6. Elektronik<br />
2.5.2. Lawinenphotodioden<br />
Bei Lawinenphotodioden 4 wird <strong>der</strong> pn-Übergang so gestaltet, dass Ladungsträger bei<br />
ausreichend hoher Spannung neue Ladungsträger durch Ionisation erzeugen können.<br />
Dadurch ergibt sich eine interne Verstärkung des Ladungssignals. Betreibt man eine<br />
APD oberhalb <strong>der</strong> Durchbruchsspannung, reicht ein Primärladungsträger, um eine<br />
Dauerentladung zu erzeugen. Ein in Reihe geschalteter Löschwi<strong>der</strong>stand 5 sorgt dafür,<br />
dass nun die Spannung einbricht und unterbricht damit die Dauerentladung. Nachdem<br />
sich die Spannung wie<strong>der</strong> aufgebaut hat, ist die Diode wie<strong>der</strong> sensitiv. Man spricht<br />
hier von Geiger-Modus-Lawinenphotodioden 6 . Dadurch wird eine Multiplikation <strong>der</strong><br />
Primärladungsträgerzahl im Bereich von etwa 10 5 bis 10 6 erreicht, es kann jedoch<br />
aus <strong>der</strong> Ladungsmenge eines Pulses nicht mehr auf die Zahl <strong>der</strong> Primärladungsträger<br />
geschlossen werden [36].<br />
2.5.3. Silizium-Photomultiplier<br />
Um Informationen über die Anzahl <strong>der</strong> Primärladungsträger zu gewinnen, wird<br />
aus vielen G-APD-Zellen ein Silizium-Photomultiplier, kurz SiPM aufgebaut. Die<br />
Ladungsmenge dieses Bauteils ist proportional zur Anzahl <strong>der</strong> ausgelösten Zellen,<br />
auch Pixel genannt. Man bezeichnet das Signal eines einzelnen Pixels als Photonäquivalent<br />
7 , welches von <strong>der</strong> Verarmungsspannung und <strong>der</strong> Temperatur abhängt. Auch<br />
thermische Fluktuationen führen zur Lawinenbildung, sodass zusätzlich zur Zählrate<br />
durch detektierte Photonen eine sogenannte Dunkelrate auftritt, die ebenfalls von<br />
Temperatur und Spannung abhängt. Durch Verunreinigungen im Halbleitermaterial<br />
existieren in <strong>der</strong> Regel langlebige Zustände, die beim Zerfall ihrerseits eine Lawine im<br />
betreffenden Pixel und damit ein Signal erzeugen können. Dieses Verhalten bezeichnet<br />
man als after pulsing. Ebenso kann das Halbleitermaterial Photonen emittieren, die<br />
ein benachbartes Pixel auslösen und damit zu einer Überschätzung des Primärsignals<br />
führen. Dies bezeichnet man als optical crosstalk [31].<br />
2.6. Elektronik<br />
2.6.1. Laplace-Transformation<br />
Die Laplace-Transformation ist eine Transformation einer Funktion f(t) mit dem<br />
reellen Argument t in eine Transformierte F (s) = L t {f(t)} mit dem komplexen<br />
4 engl. avalanche photo diodes, APD<br />
5 engl. quenching resistor<br />
6 engl. Geiger-mode avalanche photo diode, G-APD<br />
7 kurz p.e.<br />
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