Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

2.3. DIE VERWENDETEN MAPS-PROTOTYPEN 13
komplette MIMOSA-Familie können unter [Str09] nachgeschlagen werden.
Chip SB / 3T Pixelzahl Pixelab- Diodenflä- Besonderheiten
stand [µm] che [µm 2 ]
MIMOSA-15 SB und 3T (2 · 21) · 42 30 (SB), unterschiedliche Matrizen,
= 1764 20 (3T) strahlenharte Dioden
MIMOSA-18 SB 4 · 256 · 256 10 14,96 große Pixelzahl,
= 262 144 gute Ortsauflösung
MIMOSA-19 1 3T 2 · 192 · 192 12 39,8 Große Pixelzahl,
MIMOSA-19 2 = 73 728 58,85 verbesserte Unterdrückung
der Ladungsausbreitung
Tabelle 2.1: Ausgewählte Eigenschaften der verwendeten Sensoren.
2.3.1 MIMOSA-15
MIMOSA-15 wurde speziell darauf ausgelegt, die Auswirkungen von Strahlenschäden zu studieren.
Dazu wurden verschiedene Möglichkeiten zur Signalerhaltung und Ladungssammlung trotz
Strahlenschäden erprobt und die beiden Realisierungen 3T- und SB-Pixel verglichen. MIMOSA-
15 ist sowohl aus SB-Pixel (Pitch 30 µm) als auch aus 3T-Pixel (Pitch 20 µm) aufgebaut. Eine
Matrix besteht aus zwei Submatrizen mit je 21 · 42 Pixel, die mit zwei verschiedenen Verstärker
ausgelesen werden. Damit setzt sich eine Matrix aus 42 · 42 Pixel zusammen.
2.3.2 3T: MIMOSA-19
Die Pixel von MIMOSA-19 verfügen über spezielle, L-förmige Dioden, mit denen die Signalladung
auf weniger Pixel als bei rechteckigen Dioden konzentriert werden sollte. Abbildung
2.7 zeigt dieses Prinzip im Vergleich der beiden unterschiedlichen Dioden von MIMOSA-18
und MIMOSA-19. Die von einem Teilchen angeregten Elektronen diffundieren zu unterschiedlichen
Dioden im Sensor. Der Ansatz der L-förmigen Dioden beruht auf der Annahme, dass die
L-Form die sensitive Fläche nahezu vollständig umschließt bzw. die Diode selbst eine größere
sensitive Fläche hat und damit die Anzahl an Signalelektronen, die in weiter entfernte Dioden
diffundieren, minimiert wird. Dies wurde experimentell in [Büd08] bestätigt. Allerdings wurde
auch gezeigt, dass die größere Diodenfläche zu deutlich erhöhten Kapazitäten führt.
Im Gegensatz zu den SB-Pixel von MIMOSA-18 erlauben es die 3T-Pixel von MIMOSA-19,
Leckstrommessungen durchzuführen, die die entscheidende Observable für die in dieser Arbeit
durchgeführten Ausheilungsstudien darstellt. Ein weiteres Merkmal von MIMOSA-19
ist die große Anzahl an Pixel. Je Sensor stehen zwei unterschiedliche Matrizen mit jeweils
192 × 192 = 36 864 3T-Pixel zur Verfügung. Die Pixelanzahl ist zwar geringer als bei MIMOSA-18,