Strahlenschäden und Strahlenhärte von Halbleiterdetektoren

4 FUNKTIONSPRINZIP 8
sieht. Eg ist die Energie der Bandlücke, kB ist die Boltzmann-Konstante und V ol steht für
das vom Halbleiter eingeschlossene Volumen.
4 Funktionsprinzip
Ein Siliziumdetektor basiert auf dem oben beschriebenen Prinzip des pn-Übergangs mit
extern angelegter Spannung. Der n-dotierte Kern des Sensors besteht aus leicht dotiertem
Reinstsilizium, die Oberseite trägt p-dotierte Streifen mit aufgesetzem Aluminium. Der pn-
Übergang befindet sich damit an der Oberseite des Detektors. Die Oberfläche des Siliziums
ist mit einer Oxidschicht geschützt. Auf der Rückseite wird durch eine starke n-Dotierung
und Aluminisierung ein Ohmscher Kontakt erzeugt.
Abbildung 5: Funktionsprinzip eines Streifendetektors
Passiert nun ein geladenes Teilchen den komplett verarmten Detektor, werden eh-Paare
erzeugt (Abb. 5), welche zu den Elektroden driften und dort eine Signalladung infuenzieren.
Durch einen Kondensator-ähnlichen Aufbau Streifen-Oxid-Metall an der Sensoroberseite
wird das Signal kapazitiv in die Ausleseelektronik eingekoppelt.
5 Ausleseelektronik
Wie bereits in Abb. 4 gesehen, sind auf der Trägerstruktur des Moduls die Sensoren und der
Frontend-Hybrid, der die Ausleseelektronik trägt, aufgeklebt.
In der Ausleseelektronik wird das Signal, wie auch in der Abb. 6 am Beispiel der Ausleseelektronik
des ATLAS-Trackers zu sehen, in einen der möglichen 128 Kanäle geleitet, von
dem aus es dann verstärkt und zu einem Puls von 25ns geformt wird. In der 132 Zellen langen
Pipeline wird dieser Puls verzögert. Alle 25 ns werden die Signale der 128 Kanäle in einer
Zelle gespeichert, bevor die Zelle beim nächsten Speicher-durchlauf überschrieben wird. Auf
diese Weise kann man auf bis zu 3µs alte Daten zugreifen. Ein Triggersystem wählt in dieser
Zeit signifikante Ereignisse aus und entscheidet, welche Daten weiterverarbeitet werden
sollen, und welche verworfen werden.
Die Ausleseelektronik des CMS-Trackers ist vergleichbar mit der hier beschriebenen des