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Strahlenschäden bei Silizium-Halbleiterdetektoren Unai Fischer Abaigar Betreuer: Markus Gabrysch, Michael Moll Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt CERN.

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Präsentation zum Thema: "Strahlenschäden bei Silizium-Halbleiterdetektoren Unai Fischer Abaigar Betreuer: Markus Gabrysch, Michael Moll Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt CERN."—  Präsentation transkript:

1 Strahlenschäden bei Silizium-Halbleiterdetektoren Unai Fischer Abaigar Betreuer: Markus Gabrysch, Michael Moll Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt CERN Oktober 2012

2 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 1 LHC : Beispiel CMS 30 cm 93 cm Innerer Detektor CMS Pixeldetektor Durch die räumliche Nähe zum Kollisionspunkt sind die Detektoren starker Strahlung ausgesetzt.

3 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 2 Pixel und Streifen

4 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 3 Verschlechterung des Detektorsignals Streifen: max. fluence(LHC) Pixel: max. fluence(LHC)

5 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 4 Verschlechterung des Detektorsignals: Luminositätsupgrade Streifen: max. fluence(LHC); max. fluence(sLHC) Pixel: max. fluence(LHC); max. fluence(sLHC)

6 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 5 Funktionsprinzip Halbleiterdetektor Ziel ist es, mit möglichst genauer Auflösung Teilchenbahnen zu messen. Ionisierende Strahlung erzeugt im Detektor Elektronen-Loch Paare, die wandern und einen Strom induzieren. Grundsätzlich ist ein solcher Detektor nichts anderes als eine Diode in Sperrrichtung.

7 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 6 Dotierung Si Bandlücke = 1.1 eV Leitungsband Valenzband

8 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 7 n-Dotierung Durch die Verunreinigung des Siliziums, wird ein Zwischenniveau in der Bandlücke eingefügt. Es wird wahrscheinlicher, dass ein Elektron auf das Leitungsband kommt. Si P P P Leitungsband Valenzband

9 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 8 p-Dotierung Positive Löcher Si B B B Leitungsband Valenzband

10 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 9 pn-Übergang Spannung

11 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 10 pn-Übergang (mit Spannung) Durch Anlegen einer Spannung, lässt sich die Verarmungszone vergrößern. Die Spannung die benötigt wird, um den ganzen Detektor zu verarmen, heisst „Depletion Voltage“.

12 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 11 Test-Detektoren Diese Detektoren dienen nur zum Testen, sie werden nicht verbaut. n

13 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 12 Strahlenbelastung: „charge trapping‘ Beim Wandern durch den Detektor, werden manche Ladungsträger in Störstellen eingefangen. Nach einiger Zeit werden diese wieder freigegeben („detrapping“). Alle 25ns wird die Ladung ausgelesen -> detrapping braucht länger.

14 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 13 Aufbau Laser (rot, infrarot) Detektor Hochspannung Abschliessende Box Kühlung

15 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 14 Aufbau Laser (rot, infrarot) Detektor Hochspannung Abschliessende Box Kühlung

16 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 15 Aufbau

17 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 16 Aufbau

18 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 17 Infrarot Messung Trigger für Laser (Oszilloskop)

19 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 18 Messung mit Infrarotlaser Beispiel Photodiode

20 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 19 Messung mit Infrarotlaser Beispiel bestrahlter Detektor charge trapping Spannung: -50V Bei der Messung wurden Temperatur, angelegte Spannung und Dauer des Laserpuls variiert.

21 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 20 Fitten mit „Matlab“ Versuch eine Funktion für die Beschreibung des ‚detrapping‘ zu finden. (Unter Annahme eines exponentiellen Abfalls). 10 Messungen übereinander Annahme Strom proportional zu n

22 Unai Fischer Abaigar, Freiburg i.Br., Projektwochen Netzwerk Teilchenwelt, CERN, 16 Oktober 2012, Folie 21 Fazit...


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