Bildgebung mit DEPFET - Prof. Dr. Norbert Wermes - Universität Bonn

Kapitel 1Physikalische Grundlagen desDEPFET-DetektorsIm folgenden Kapitel wird auf einige Grundlagen eingegangen, die für das Verständnisvon DEPFET-Detektoren notwendig sind. Der erste Teil des Kapitels beschäftigtsich mit den Wechselwirkungen von Teilchen- und elektromagnetischer Strahlung mitMaterie. Anschließend werden einige Grundlagen von Halbleitern und die Verwendungdes pn-Übergängs als Teilchendetektor behandelt. Die letzten Kapitel befassen sich mitdem Prinzip der Seitwärtsdepletion, welches in DEPFET-Sensoren verwendet wird, undmit der Funktionsweise von JFET-Transistoren, welche im DEPFET-Detektor als ersteVerstärkungsstufe in den Sensor integriert sind.1.1 Wechselwirkung von Strahlung mit MaterieStrahlung kann aufgrund von Wechselwirkungen mit Materie in Detektoren nachgewiesenwerden. Da die Wechselwirkungsprozesse sich grundlegend unterscheiden, werden imFolgenden Teilchen- und elektromagnetische Strahlung getrennt behandelt. Im letztenTeil des Kapitels wird auf die Ionisationsstatistik in Halbleiterdetektoren eingegangen.1.1.1 Geladene TeilchenGeladene Teilchen können beim Durchgang durch Materie in unterschiedlichen ProzessenEnergie abgeben. Zu diesen Prozessen gehören inelastische Stöße mit den Hüllenelektronendes Materials, elastische Streuung an den Kernen, Bremsstrahlung, ˘Cerenkov-Strahlung und Kernreaktionen. Für schwere geladene Teilchen wird der Energieverlustdurch die inelastische Streuung dominiert, welche zu einer Anregung bzw. Ionisation derAtome des Materials führt. Leichte Teilchen wie Elektronen und Positronen verlieren zudemeinen großen Teil ihrer Energie durch Bremsstrahlung. Der mittlere Energieverlustgeladener Teilchen in Materie durch Ionisation und Anregung wird durch die Bethe-Bloch-Formel beschrieben [PDB02]:7