Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Medipix - Pixeldetektoren Dominic Greiffenberg, Alex Fauler, Andreas Zwerger, Michael Fiederle SG Materialcharakterisierung & Detektortechnologie Freiburger.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Medipix - Pixeldetektoren Dominic Greiffenberg, Alex Fauler, Andreas Zwerger, Michael Fiederle SG Materialcharakterisierung & Detektortechnologie Freiburger."—  Präsentation transkript:

1 Medipix - Pixeldetektoren Dominic Greiffenberg, Alex Fauler, Andreas Zwerger, Michael Fiederle SG Materialcharakterisierung & Detektortechnologie Freiburger Materialforschungszentrum Universität Freiburg

2 Medipix-Kollaboration - U INFN Cagliari - CEA-LIST Saclay - CERN Genève - U d'Auvergne Clermont - U Erlangen - ESRF Grenoble - U Freiburg - U Glasgow - IFAE Barcelona - Mitthoegskolan - MRC-LMB Cambridge - U INFN Napoli - NIKHEF Amsterdam - U INFN Pisa - FZU CAS Prague - IEAP CTU in Prague - SSL Berkeley

3 Hybrid-Pixeldetektor Ein Hybrid-Pixeldetektor: 1:1 Flip Chip Sensormaterial (Si, GaAs, CdTe) Pixellierte Auslese- elektronik (ASIC) Bump Bonding

4 Die Ausleseelektronik – Medipix2 Photon counting geringes Rauschen 256 x 256 Pixel 55 x 55 µm² Pixelgröße Aktive Fläche 14x 14 mm² Chips an 3 Seiten ansteckbar Produktion von Quads mit aktiver Fläche von 28 x 28 mm² Jedes Pixel enthält eigene Ausleseelektronik: 13-bit Zähler Zwei einstellbar Energieschwellen Positive oder negative Polarität Si, GaAs, CdTe, …

5 Funktionsweise des Medipix2-Chips (MXR-Modus) Bilder von UTEF, CVUT Prague

6 Weiterentwicklung Timepix gleiche Abmessungen Drei verschiedene Messmodi: -Medipix Modus: Signal über Schwelle erhöht Zähler um 1 - Timepix Modus:Auch Time-of-arrival Modus genannt. Zähler registriert die Ankunftszeit des Photons - Time-over-threshold (TOT) Modus: Timepix zählt die Anzahl der Ticks, an der das Signal über der Schwelle ist.

7 Time-over-Threshold (ToT) - Modus Timepix zählt die Anzahl von Ticks, während der das Signal über der Schwelle ist Anzahl der Ticks ist proportional zur detektierten Energie Counts in Pixel: 2 Schwelle Counts in Pixel: 4Counts in Pixel: 7

8 Ausleseoptionen USB 1.1 Anschluss über Standard-USB Kabel an PC / Notebook Langsamere Auslesegeschwindigkeit als Muros, aber USB 2.0 auf dem Weg! MUROS Anschluss über spezielle Auslesekarte an PC, kein Einbau in Notebook möglich höhere Frequenzen möglich, daher schnellere Auslesegeschwindigkeit

9 Sensormaterialien Ziel: effiziente Detektion von Strahlung hohes Absorptionsvermögen großes Z: CdTe (48/52) gute Transporteigenschaften gute Kristallqualität Eigenes Wachstum von CdTe Kristallen bzw. Einkauf bei kommerziellen Anbietern geringer Dunkelstrom hoher spezifischer Widerstand Kompensation großflächige Sensoren homogene Kristalle 3-Zoll Bridgman-Ofen im FMF

10 Entwicklung der Sensormaterialien: –CdTe, CdZnTe Technologie für den Flip-Chip Prozeß: –Passivierung –Deposition der Lötkugeln Flip-Chip Bonding: –CdZnTe, CdTe, GaAs, Si Charakterisierung Medipix Entwicklung - Freiburger Aktivitäten

11 Vom Kristall zum Detektor CdTe / (Cn,Zn)Te Wachstum (1, 3) Im FMF GaAs-wafers von FCM 300µm (LEC), von AXT 350µm (VGF) CdTe-wafers 3, 1 mm dick von Acrorad Kristallwachstum

12 CdTe von ACRORAD:gewachsen mittels THM (3 Zoll Wafer) Dicke: 1mm Spezifischer Widerstand & Verteilung: CoReMa mappings Spezifischer Widerstand ~ Ωcm Homogene Verteilung Sensormaterial - CdTe

13 IR Mikroskopie: Verteilung von Te-Einschlüssen Te-Einschlüsse absorbieren Teile der Ladungswolke (werfen Schatten) (G.S. Camarda, R.B. James) Homogene Verteilung Größe der Te-Einschlüsse ist akzeptabel (~ 2-5 µm) Sensormaterial - CdTe

14 Vom Kristall zum Detektor Auf dem Wafer: Kontaktmetallisierung (Ohmsch / Schottky) Underbumping Tieftemperatur Lotdeposition auf Detektorwafer (immer unter 150 °C) Sägen Solder reflow Flip-chip Prozess inkl. Vorbereitung Schematics on bump deposition

15 Special processing feature Abhängig von der Anwendung kann die Pixelgröße angepasst werden. (z.B. an die Detektordicke) jeder 4te Pixel verbunden jeder Pixel verbunden Pixel enlargement feature: (110x110µm², 165x165µm², 220x220 µm²,...) 55x55µm² 110x110µm²

16 Gemeinsames BMBF-Projekt von FMF, Freiburg und KIT, Karlsruhe Project EDAS: Effiziente Pixelarraydetektoren für die Anwendung im Synchrotron Synchrotronquelle ANKA des FZK (Inbetriebnahme 2005) 2.5 GeV Speicherring 13 Beamlines: - 2 x IR - 1 x Soft X-Ray - 10x Hard X-Ray Beamline FLUO: - Spotgrößen bis zu 1 x 2 µm² - Energie (1.5 – 33) keV ± 2 % - Fluss: <10 11 ph/s 17 keV)

17 Bildgebung

18 single X-ray exposure 90kV 30µA, bias at –400V 55µm on MXR – Flooding images

19 permanent X-ray exposure –400V, 90kV 30µA 55µm on MXR – Flooding images

20 corrected with 1 image from 10 min before Number of counts in pixel 220 µm on MPX2.1 – Flooding images

21 55µm on MXR – Image of TTL

22

23 Synchrotron ANKA CdTe, Dicke: 1mm, Pixelgröße: 55 x 55 µm² Die Ergebnisse wurden im Rahmen einer Kollaboration mit dem KIT, Karlsruhe erarbeitet 12 keV24 keV35 keV

24 Vergleich 1mm CdTe 300 µm Si CdTeSi Besserer Kontrast aufgrund guter Absorption bis 100 keV Bessere Homogenität Synchrotron ANKA

25 Charge sharing

26 Timepix Messungen mit einer 241 Am Quelle Ziel: Bestimmung des Charge sharings in 1mm CdTe Kurze Aquisitionszeit, um einzelne Events zu sehen 55 µm on TPX – Charge sharing Time of arrival (TPX)-Modus: Sobald das Signal im Pixel den Schwellenwert erreicht, wird die Ankunftszeit für jedes Pixel gespeichert Count eines Pixeles = Anzahl von Ticks nachdem der Shutter geöffnet wurde Wenn Ladung über mehrere Pixel verteilt wurde, zeigen sie die gleiche Zeitinformation Pixel mit gleichem Zähler ( = time of arrival) ±1 ( = 100 ns) werden zur einem Photon zugeordnet

27 55 µm on TPX – Charge sharing # Ticks

28 55 µm on TPX – Charge sharing 241 Am source on CdTe in Timepix mode

29 55 µm on MXR – Charge sharing geringeres Charge sharing mit steigenden Beschleunigungs- spannungen am Sensor aufgrund kürzerer Driftzeiten Ab 25 keV wird die Ladung im Mittel zwischen >1.8 Pixeln verteilt.

30 Energiespektren

31 Grundlagen - Energiespektrum 300 µm Si:sog. THL-Scan, d.h. Abscannen von Schwellenwert Registrierung der Counts Differentition des Scans Voraussetzung: Gesamte Ladung wird in einem Pixel deponiert! 1mm CdTe:Charge sharing verteilt Ladung dominiert auf 2 Pixel THL-Scans nicht sinnvoll! Lösungsansätze: 1) Vergrößerung der Pixelfläche (110 x 110 µm²,…) 2) TPX in ToT-Modus: Addition der Counts von benachbarten Pixeln Gesamtenergie deponierter Energie

32 TPX ToT-Modus - Energiespektrum 59.5 keV Escape peaks 26 keV Die Ergebnisse wurden im Rahmen einer Kollaboration mit der UTEF, CVUT Prag erarbeitet

33 TPX ToT-Modus - Energiespektrum 59.5 keV Escape peaks 26 keV

34 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit !


Herunterladen ppt "Medipix - Pixeldetektoren Dominic Greiffenberg, Alex Fauler, Andreas Zwerger, Michael Fiederle SG Materialcharakterisierung & Detektortechnologie Freiburger."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen