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

62 KAPITEL 4. MESSUNGEN MIT DEM DEPFET PIXEL BIOSCOPE• Die Ruheströme in der Matrix streuen aus fertigungsbedingten Gründen wie z.B.Variationen in der Kanaldotierung und Kanaltiefe der Tansistoren. Diese prozesstechnischbedingte mittlere Variation der Transistorströme beträgt etwa σ ≈ 5 %[Nee00a].• Wie in Kapitel 4.3.1 genauer beschrieben wird, fällt die Drainspannung von denäußeren zu den mittleren Matrixzeilen hin bei einem Ruhestrom von I D ≈ 300µAum mehr als ∆U DS = 1V ab. Bei der angelegten Drainspannung von U DS = −6Vwaren alle Transistoren der Matrix in Sättigung. Aufgrund des endlichen Ausgangswiderstandesvon r DS = 233 ± 2kΩ führt der Spannungsabfall dennoch zu einerVariation der Transistorströme von ∆IDss max ≈ 2.5%.• Die Sourcespannung wird zeilenweise von beiden Seiten der Matrix zugeführt. DerWiderstand der Sourcezuleitungen führt dazu, dass die Gate-Source-Spannung V GSzur Pixelmitte hin größer wird. Dies resultiert in einem geringeren Transistorsättigungsstromin der Zeilenmitte. Der Effekt kann nach [Nee00a] berechnet werdenund beträgt bei einem Ruhestrom von I D ≈ 300µA etwa ∆IDss max ≈ 1%.Der Eingangsbereich der ersten Verstärkungsstufe muß so dimensioniert sein, dass allePixel der Matrix trotz der Variation des Sättigungsstromes in ihrem Arbeitsbereich liegen.Bei CARLOS 1.0 lag ein großer Teil der Pixel außerhalb des Arbeitsbereiches, da dieabsolute Variation der DEPFET-Sättigungsströme höher war, als bei der Entwicklung desChips angenommen wurde. Durch eine Reduktion der Transistorsättigungsströme durchErhöhung der Gate-Source-Spannung konnten jedoch zumindest 85 % der Pixel in denArbeitsbereich von CARLOS 1.0 geschoben werden [Nee00a]. Eine höhere Gate-Source-Spannung V GS hat allerdings zur Konsequenz, dass zum einen die Transkonduktanz g mund somit auch die interne Verstärkung g q kleiner wird, was zu einem kleineren Signal undsomit zu einem schlechteren Signal-zu-Rausch-Verhältnis führt. Zum anderen können imFalle von V GS ≠ 0 Gate- und Sourcespannung nicht in der Nähe des Sensors miteinanderverbunden werden, sondern müssen über separate Zuleitungen zugeführt werden. V GSist dann anfälliger für Störungen, was sich in einem erhöhten Common-Mode-Rauschenäußert (s. Kapitel 4.3).Wie in Kapitel 3.4.1 beschrieben, wurde CARLOS 2.0 so konzipiert, dass eine individuelleSubtraktion des Pedestalstromes für alle 64x64 Pixel einer DEPFET-Matrix möglich wirdund somit DEPFET-Pixel mit um etwa 20 % variierenden Transistorsättigungsströmenimmer noch in den Arbeitsbereich des Chips geschoben werden können. Abbildung 4.2zeigt die Verteilung der mit dem Bioscope gemessenen Transistorströme der Pixel einerMatrix bei einer Gate-Source-Spannung von V GS = 0V . In der linken Verteilung wirdkein Gebrauch von der individuellen Stromsubtraktion gemacht, so dass der Großteil derPixel außerhalb des Arbeitsbereiches liegt (weiße und schwarze Bereiche). Im rechten Bildwurde die individuelle Stromsubtraktion verwendet, um diese Pixel in den Arbeitsbereichder Ausleseelektronik zu bringen. Es ist zu erkennen, dass alle Pixel im Arbeitsbereichvon CARLOS 2.0 liegen.