Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

64 KAPITEL 5. DIE STRAHLENHÄRTESTUDIE
Die zusätzlichen Volumenschäden erhöhen das Rauschen nur leicht oder haben innerhalb der
Fehlerbalken keinen signifikanten Einfluss. Das Rauschen steigt bei T = −20 ◦ C durch die Volumenschäden
von 21 e − auf 23 e − beziehungsweise ist trotz der zusätzlichen Volumenschäden
bei T = +20 ◦ C nahezu konstant auf einem Wert von 65 e − .
Aus diesem Vergleich lässt sich damit ableiten, dass es bei diesen Strahlendosen keinen zusätzlichen
signifikanten Rauschbeitrag aufgrund der kombinierten Bestrahlungen gibt, der um
Größenordnungen über den Einzelbestrahlungen liegt. Der gemessene zusätzliche Leckstrom
sollte aber in einem leicht erhöhten Schrotrauschen resultieren.
Ein Grund für die Dominanz des Rauschens nach der Röntgenbestrahlung liegt in den gewählten
Strahlendosen und in der quadratischen Addition der Rauschenbeiträge. Die Strahlendosen
wurden so gewählt, dass eine additive Komponente im Leckstrom möglichst gut studiert werden
kann. Dies führt dazu, dass das Rauschen nach der Röntgenbestrahlung gegenüber dem Rauschen
nach der Neutronenbestrahlung dominiert und sich keine klare zusätzliche Komponente
extrahieren lässt. Für das Rauschen war damit die gewählte Röntgenstrahlendosis von 200 kRad
zu hoch. MIMOSA-18 und MIMOSA-19 wurden nicht besonders strahlenhart gegenüber ionisierender
Bestrahlung in der Größenordnung von 200 kRad konstruiert.
Die Ergebnisse sind mit der Annahme verträglich, dass sich das Rauschen der kombinierten
Bestrahlung aus den separaten Bestrahlungen prognostizieren lässt. Bei den angesetzten Bestrahlungsdosen
dominiert das durch Oberflächenschäden generierte Rauschen, signifikante
Korrelationseffekte mit zusätzlichen Volumenschäden wurden nicht beobachtet.
5.1.4 Zusammenfassung zur kombinierten Bestrahlung
In diesem Abschnitt wurde die Hypothese untersucht, ob sich der Einfluss von Strahlenschäden
kombiniert bestrahlter Sensoren, die sowohl Volumen- als auch Oberflächenschäden aufweisen,
auf die Eigenschaften der MAPS aus dem Einfluss der Strahlenschäden von Sensoren, die
jeweils nur Oberflächen- beziehungsweise Volumenschäden besitzen, prognostizieren lässt.
Dazu wurden ein Sensor mit Neutronen bestrahlt, um Volumenschäden im Sensor zu erzeugen
und ein zweiter Sensor mit Röntgenlicht bestrahlt, um Oberflächenschäden zu generieren.
Eine kombinierte Bestrahlung wurde durch eine Neutronenbestrahlung, gefolgt von einer Röntgenbestrahlung
erreicht. Um die Hypothese zu prüfen, wurden zunächst MIMOSA-18 und
MIMOSA-19 Sensoren entweder mit Neutronen oder Röntgenlicht bestrahlt. Die Eigenschaften
dieser Sensoren wurden mit denjenigen eines Sensors verglichen, der nacheinander beiden
Bestrahlungen ausgesetzt worden war.
Wie erwartet verringert sich die Ladungssammlungseffizienz nach Neutronenbestrahlung aufgrund
der steigenden Zahl von Signalelektronen, die durch Volumenschäden eingefangen und zur
Rekombination gezwungen werden. Zusätzliche Oberflächenschäden nach Röntgenbestrahlung
einer Dosis von 200 kRad ändern die Ladungssammlungseffizienz in dieser Versuchsanordnung