Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

4.4. OBSERVABLEN 45
nis der Anzahl von den vier Dioden gesammelten Elektronen zu der in der Epitaxieschicht
generierten Elektronen.
4.4.4 Verstärkung
Die Verstärkung kann dadurch bestimmt werden, dass in bestimmten Fällen ein Photon ohne
Wechselwirkung in der Epitaxieschicht direkt die verarmte Zone der Diode trifft und dort die
Signalladung in einem einzigen Pixel freisetzt. Dies erlaubt die Kalibration der Auslesekette
unter Ausschluss der Epitaxieschicht und damit die Ermittlung der Verstärkung. Treffer in oder
nahe der Diode führen zu einem kleineren, dafür aber sehr schmalen Peak (Abbildung 4.7 rote
Linie), da die Ladungssammlungseffizienz von 100 % nahe der Diode schnell abfällt und es
deshalb im Verhältnis nur kleine Bereiche mit einer hohen Ladungssammlungseffizienz nahe
100% gibt. Der Peak ist der schon vorher angesprochene Kalibrationspeak (calibration peak).
Der Kalibrationspeak ist auch in den Spektren mit größerer Clustergröße sichtbar und wird
dort zu leicht höheren Signalhöhen verschoben. Zwar enthalten die Nachbarpixel bei einem
direkten Diodentreffer keine Signalladung, die Addition benachbarter Pixel mit den jeweils
nächstniedrigeren Signalen führt jedoch dazu, dass das Rauschen von Pixel mit einem im Vergleich
zu den Nachbarpixel höherem Rauschen zur Signalladung dazugezählt wird. Dies führt
zur in Abbildung 4.6 beobachteten leichten Verschiebung des Peaks zu höheren Signalhöhen.
Weiterhin kann der Kalibrationspeak bei höherer Clustergröße wie zum Beispiel in Abbildung
4.6 nicht mehr so gut vom Sammelpeak separiert werden. Deshalb wird die Ladungssammlungseffizienz
anhand des Kalibrationspeaks bei einer Clustergröße von einem Pixel und aus dem
Sammelpeak bei einer Clustergröße von vier Pixel bestimmt. Der Untergrund wird jeweils mit
einer Exponentialfunktion angepasst [Dev03], [AY07].
Der Kalibrationspeak wird für einen unbestrahlten Sensor bei T = −20 ◦ C bestimmt und diese
Kalibrierung für alle weiteren Messungen angenommen. Diese Annahme ist jedoch nicht für
Sensoren nach Röntgenbestrahlung geeignet, weshalb für diesen Fall ein anderes Verfahren
verwendet wird (siehe Abschnitt 5.2.2).
Die Bestimmung der Ladungssammlungseffizienz sollte unabhängig von der Photonenenergie
der verwendeten radioaktiven Quelle sein. In dieser Arbeit werden allerdings auch Versuchsbedingungen
identifiziert, in denen diese Annahme nicht mehr erfüllt ist. Bei der Interpretation
dieser Ergebnisse wird die Kenntnis der beiden verwendeten Strahler Fe-55 und Cd-109 vorausgesetzt.
Eine detaillierte Diskussion zum Ladungsspektrum mit einem Fokus auf die Unterschiede
zwischen den verwendeten Fe-55-Strahler und Cd-109-Strahler wurde durchgeführt, wird
aber nicht im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt.