Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

60 KAPITEL 5. DIE STRAHLENHÄRTESTUDIE
Leckstrom [ f A]
Temperatur keine Neutron Röntgen kombinierte
[ ◦C] Bestrahlung Bestrahlung
1,3 · 10
Bestrahlung Bestrahlung
13 neq
cm2 -56,5 0,0069 ± 0,0001
200 kRad
-31 0,0078 ± 0,0001 0,1422 ± 0,0006 0,661 ± 0,001 1,117 ± 0,003
+20 1,187 ± 0,009 53,77 ± 0,09 152,6 ± 0,2 57,7 ± 0,3
Tabelle 5.1: Temperaturabhängigkeit des Leckstromes für die einzelnen Bestrahlungen aufgeschlüsselt.
Die unbestrahlte Leckstromkomponente bei den Werten nach Bestrahlung sowie die
Leckstromkomponente der separaten Bestrahlungen bei der kombinierten Bestrahlung werden
jeweils herausgerechnet.
einen Vergleich dieser mit den separaten Bestrahlungen identifiziert werden. Dazu werden die
vorher bestimmten Komponenten aus den separaten Bestrahlungen subtrahiert. Übrig bleibt eine
zusätzliche Leckstromkomponente, die einzig aus der kombinierten Bestrahlung resultiert. Diese
positive oder negative Leckstromkomponente Iadditional kann aus vier Einzelmessungen des
Leckstroms bei den verschiedenen Bestrahlungen Icombined, IX−ray, Ineutron und Iunirradiated extrahiert
werden. Dabei wird die Annahme gemacht, dass die Leckstromkomponenten im Rahmen
der angegebenen Unsicherheit für verschiedene Chips gleich ist und deshalb die Komponenten
aus dem gemessenen Leckströmen herausgerechnet werden können.
Iadditional = Icombined − IX−ray − Ineutron + Iunirradiated
(5.2)
Existiert keine Wechselbeziehung zwischen der Röntgen- und Neutronenbestrahlung, ist Iadditional
ungefähr 0. Ein positives Iadditional deutet auf eine Erhöhung des Leckstromes, ein negatives
Iadditional auf eine Verringerung des Leckstromes durch die kombinierte Bestrahlung im Vergleich
zu den zu erwarteten Leckströmen einer separaten Bestrahlung hin.
Die Leckstromkomponente der kombinierten Bestrahlung Iadditional ist nach Abbildung 5.3 über
den gesamten Temperaturbereich positiv und steigt von (1,117±0,003) fA bei T = −31 ◦ C auf
(57,7 ± 0,3) fA bei T = +20 ◦ C an. Tabelle 5.1 fasst diese Messdaten zur Übersicht zusammen.
Die kombinierte Bestrahlung ist für einen 27% bis 137% höheren Leckstrom verantwortlich als
von den Einzelbestrahlungen zu erwarten ist. Sie nimmt weiterhin mit der Temperatur zu.
Eingeschränkt wird diese Aussage dadurch, dass zum Testen der Hypothese zwei Chips zur Verfügung
standen, so dass beim Vergleich der Leckströme nach den Bestrahlungen Unsicherheiten
in der Produktion und den Bestrahlungen berücksichtigt werden müssen. Letztere werden nach
Abschnitt 4.2 mit maximal 15% angegeben, sind demzufolge kleiner als der beobachtete Effekt.
Um die Unsicherheit weiter zu reduzieren, sollte derselbe Chip ohne Strahlenschäden, mit Volumenschäden,
mit Oberflächenschäden und mit sowohl Volumen- als auch Oberflächenschäden
untersucht werden. Dies ist jedoch nicht mit demselben Chip möglich.