Strahlenschäden und Strahlenhärte von Halbleiterdetektoren

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17 ZUSAMMENFASSUNG 20 • Große Bandlücke, aus der ein minimaler Dunkelstrom resultiert. • Hohe Mobilität der Ladungsträger, welche für ein schnelles Signal sorgt. • Betriebstemperatur ist Raumtemperatur, d.h. es ist keine Kühlung des Systems nötig. Allerdings ist das Signal des Diamants nicht halb so groß wie das des Siliziums und die Herstellung eines großen Diamantwafers schwierig. 17 Zusammenfassung Halbleiterdetektoren werden weltweit erfolgreich zur Ortsbestimmung von Teilchen eingesetzt. Jedoch haben Strahlendosen bis zu 60 kGy ernsthafte Schädigungen des Detektors und seiner Ausleseelektronik zur Folge. Nicht-ionisierende Strahlung hat Substratschäden im Gitter des Halbleiters zur Folge, welche neue Energieniveaus in der Bandlücke erzeugen. Das hat folgende Konsequenzen im Detektor: • Änderung der effektiven Dotierung, dadurch Typ-Inversion • Erhöhter Dunkelstrom, dadurch Risiko des Thermal Runaways • Erzeugung von Trapping Centers, dadurch Verminderung des Signals Oberflächenschäden entstehen durch ionisierende Strahlung, welche Fixed Oxide Charges verursacht. Sie wirken sich hauptsächlich auf die Ausleseelektronik aus. Die Hauptmaßsnahmen gegen Schäden sind folgende • Kühlung zur Unterdrückung von Reverse Annealing und Thermal Runaway • Defect Engineering zur Optimierung der Strahlenresistenz von Silizium • Einbau von Field Plates und Guard Rings zur Vermeidung von Feldspitzen im Detektor • Deep Submicron zur Vermeidung von Fixed Oxide Charges in der Elektronik In Zukunft dürfen wir dann, zum Beispiel, mit den Möglichkeiten von Diamant und der neuen 3D-Technologie weiterhin auf Innovationen hoffen.
LITERATUR 21 Literatur [1] Manfred Krammer, ÖAW Wien, Detektoren in der Hochenergiephysik - Halbleiterdetektoren, http://www.hephy.oeaw.ac.at/p3w/halbleiter/VOSkriptum/VO-4- Halbleiterdetektoren.pdf [2] A. Monakhov, University of Oslo, http://web.ift.uib.no/criticalpoint/talks/EMonakhov.pdf [3] Gerhard Lutz, Semiconductor Radiation Detectors, Spinger Verlag, 1999 [4] Rossi, Wermes, Fischer, Rohe Pixel Detectors, Springer Verlag, 2006 [5] Thomas Hermanns, Diplomarbeit: Aufbau eines Systems für Kühltests zur Qualitätsüberwachung von CMS Silizium-Modulen, 2004 [6] CMS Collaboration, Addendum to the CMS Tracker TDR, 2000 [7] Dr. Ingrid-Maria Gregor, http : //www − zeuthen.desy.de/technisches seminar/texte/raddam2.pdf, 2003 [8] L. Feld, Mit Halbleitern auf dem Weg zum Urknall, http://www.physik.rwthaachen.de/ feld/talks, 2004 [9] Angela Vasilescu, The NIEL scaling hypothesis applied to neutron spectra of irradiation facilites and in the ATLAS and CMS SCT, Rose/TN-97/2, rd48.web.cern.ch/RD48/technical-notes/rosetn972.ps, 1999 [10] L.Feld, Neue Halbleiter-Detektoren für die Teilchenphysik, http://www.physik.rwthaachen.de/ feld/talks, 2001 [11] L.Feld, The ATLAS Silicon Microstrip Tracker, http://www.physik.rwthaachen.de/ feld/talks/sct seminar 19 12 00.pdf, 2000 [12] Markus A. Hennig, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, www.wikipedia.de, Dezember 2005 (Abbildung 15)
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