Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

58 KAPITEL 5. DIE STRAHLENHÄRTESTUDIE
MIMOSA-18 als auch für MIMOSA-19 ist keine signifikante Veränderung der Ladungssammlungseffizienz
nach der Röntgenbestrahlung beobachtbar. Röntgenstrahlung scheint damit, im
Gegensatz zur Bestrahlung mit Neutronen, bei den gewählten Dosen die Ladungssammlungseffizienz
nicht zu beeinflussen und damit wie erwartet keinen Strahlenschaden in der Epitaxieschicht
zu generieren.
Eingeschränkt wird die Aussage dadurch, dass Ausheileffekte nicht berücksichtigt wurden.
Die Messungen fanden einige Tage nach der Röntgenbestrahlung statt. Die eventuell zwischen
Bestrahlung und Messung aufgetretene Kurzzeitausheilung wurde nicht geprüft und erst in
der in Abschnitt 5.2.2 diskutierten Studie zum Ausheilen von Strahlenschäden erfasst. Als
gemeinsames Ergebnis beider Studien wird festgestellt, dass Röntgenbestrahlung einige Tage
nach der Bestrahlung die Ladungssammlungseffizienz nicht signifikant beeinflusst.
Die Resultate sind mit der Hypothese, dass sich die Wirkung der Volumenschäden und Oberflächenschäden
auf die Messung der Ladungssammlungseffizienz einfach addiert, verträglich.
5.1.2 Addition der Strahlenschäden in der Observablen Leckstrom
Abbildung 5.3 zeigt den Leckstrom eines MIMOSA-19 sowohl nach Röntgen- als auch nach
Neutronenbestrahlung. Ergänzt wird eine Referenzmessung eines unbestrahlten Chips. Die Referenzmessung
diente dazu, die Leckstromkomponente ohne Strahlenschäden von der Leckstromkomponente
nach der jeweiligen Bestrahlung herauszurechnen. Die Messung des Leckstroms
wurde über 8 000 Einzelmessungen gemittelt. Aus der statistischen Verteilung ergeben sich
deshalb Leckströme von Bruchteilen von Elektronen.
Da der Leckstrom stark von der Temperatur abhängt, wurde für die gezeigten Graphen nicht die
Temperatur der Kühlflüssigkeit angenommen, sondern die Temperaturachse mit der Messung
aus [Dom09] korrigiert. Die angegebene Temperatur bezieht sich deshalb auf die Temperatur
des Metallblocks. Damit wurde der systematische Fehler aufgrund der Abweichung zwischen
Temperatur der Kühlflüssigkeit und des Metallblocks korrigiert. Nicht herausgerechnet werden
konnte der Temperaturunterschied zwischen Metallblock und Sensor, da die Temperatur des
Sensors nicht gemessen wurde.
Der von Defekten der Neutronenbestrahlung hervorgerufene Leckstrom steigt temperaturabhängig
von (0,1422 ± 0,0006) fA bei T = −31 ◦ C auf (53,77 ± 0,09) fA bei T = +20 ◦ C. Der
Leckstrom von Defekten aufgrund der Röntgenbestrahlung steigt ebenfalls temperaturabhängig
von (0,661 ± 0,001) fA bei T = −31 ◦ C auf (152,6 ± 0,2) fA bei T = +20 ◦ C. Damit erhöht
sich der Leckstrom temperaturabhängig sowohl durch Volumen- als auch durch Oberflächenschäden.
Im nächsten Schritt wurde der mit Neutronen bestrahlte Chip nach den Messungen einer Röntgenbestrahlung
ausgesetzt. Anschließend wurde der Leckstrom dieses kombiniert bestrahlten
Chips bestimmt. Eine Änderung des Leckstroms nach kombinierter Bestrahlung kann durch