Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

5.1. SEPARATE UND KOMBINIERTE BESTRAHLUNG IM VERGLEICH 55
der Strahlenschäden aus einer der beiden Arten ausgegangen. Es wurde erwartet, dass Oberflächenschäden
das Rauschen vergrößern und Volumenschäden die Ladungssammlungseffizienz
verringern. Im Vergleich zur anderen Schädigung ist die Änderung der Ladungssammlungseffizienz
durch Oberflächenschäden und die Änderung des Rauschens durch Volumenschäden nicht
groß.
Vermutet wurde, dass dies auch bei einer kombinierten Bestrahlung zutrifft. Aber es war nicht
ausgeschlossen, dass bei einer kombinierten Bestrahlung im Vergleich zu den Einzelbestrahlungen
eine signifikante Wechselbeziehung nicht doch auftreten könnte. Ziel dieser Untersuchung
ist es, eine mögliche Wechselwirkung aufzudecken, damit sie bei der Entwicklung des CBM-
Experimentes berücksichtigt werden kann. Weiterhin soll geprüft werden, ob sich die Wirkung
der Volumen- und Oberflächenschäden in kombiniert bestrahlten Sensoren auf die Eigenschaften
addiert.
5.1.1 Addition der Strahlenschäden in der Observablen Ladungssammlungseffizienz
Volumenschäden in der Epitaxieschicht senken nach Abschnitt 3.2 die Wahrscheinlichkeit, dass
ein Signalelektron die Diode erreicht. Deshalb wird erwartet, dass die Ladungssammlungseffizienz
nach Neutronenbestrahlung sinkt.
Ionisationen von Atomen nach Röntgenbestrahlung werden durch Elektronen aus dem Leitungsband
kompensiert. Damit wird keine Änderung der Ladungssammlungseffizienz nach
Röntgenbestrahlung erwartet.
Wie in Abbildung 5.1 für MIMOSA-19 gezeigt, sinkt die Ladungssammlungseffizienz nach
Bestrahlung mit 2 · 1013 neq
cm2 Neutronen von zunächst 85% auf 55% ab. Die Messungen wurden
jeweils bei einer Temperatur von −20 ◦C durchgeführt. Damit können die Ergebnisse in [Büd08]
reproduziert werden. Das Absinken der Ladungssammlungseffizienz lässt sich dadurch erklären,
dass durch Neutronenbestrahlung generierte Defekte die Zahl an Rekombinationszentren erhöhen.
In diesen können Signalelektronen rekombinieren und dadurch für die Messung verloren
gehen.
Wie in Abschnitt 3.4.2 diskutiert, wurde ein exponentieller Zusammenhang zwischen Ladungssammlungseffizienz
εCCE(d) und Bestrahlungsdosis d beobachtet.
d −
εCCE(d) = εCCE(0) · e hcc (5.1)
Eine Anpassung der Funktion 5.1 an die in Abbildung 5.1 aufgeführten Daten ergibt eine
Ladungssammlungseffizienz vor Bestrahlung von εCCE(0) = 0,826 ± 0,001 und eine Härte
gegenüber Neutronenbestrahlung von hcc = (7,7 ± 0,1) · 10 13 neq
cm 2 .
In Abbildung 5.2 wurden die in Abbildung 5.1 gezeigten Daten um Messpunkte nach einer
zusätzlichen Röntgenbestrahlung in der Größenordnung von 200 kRad ergänzt. Sowohl für