Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

66 KAPITEL 5. DIE STRAHLENHÄRTESTUDIE
einem Jahr Lagerung bei Raumtemperatur. Dazu wurden alle zur Verfügung stehenden Observablen
bei T = −20 ◦ C nach den unterschiedlichen Bestrahlungen gemessen. Der zweite
Abschnitt 5.2.2 beschränkt sich dagegen auf den bei +20 ◦ C gemessenen Leckstrom, Rauschen,
Ladungssammlungseffizienz sowie Kalibrationspeak und untersucht so die Ausheilung von
Oberflächenschäden und Volumenschäden bei einer Aufheizung bis zu T = +80 ◦ C.
5.2.1 Negative Ausheilung von Volumenschäden
Zuerst wurde das Ausheilverhalten von Volumenschäden durch Messungen an mit Neutronen
bestrahlten Sensoren untersucht. Für diese Aufgabenstellung wurden die Chips einmal vor
und einmal nach einjähriger Lagerung in Stickstoffatmosphäre bei annähernd Raumtemperatur
TLagerung ≈ +20 ◦ C vermessen. Die Temperatur während Messung betrug TMessung = −20 ◦ C.
Insgesamt standen vier Chips jeweils bestrahlt mit einer Strahlendosis von 2,93 · 10 12 neq
cm 2 bis
1,95 · 10 13 neq
cm 2 sowie ein unbestrahlter Referenzchip zur Verfügung. Die Eigenschaften Ladungssammlungseffizienz
a), Sammelpeak (Ladungssammlungseffizienz) und Kalibrationspeak
(Verstärkung) b), Leckstrom c) und Rauschen d) wurden gemessen und werden in Abbildung
5.6 als Funktion der Strahlendosis dargestellt.
Die Chips wurden im Rahmen der Arbeit [Büd08] zum ersten Mal einige Wochen nach der
Bestrahlung im April 2008 bei T = −20 ◦ C vermessen. Die Ergebnisse, die sich auf diese Reihe
beziehen, werden im Folgenden als "‘reference"’ bezeichnet.
Anschließend wurden die Chips ungefähr ein Jahr bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre
gelagert. Dann wurden die gleichen Sensoren im Rahmen dieser Arbeit im Mai 2009
wieder charakterisiert. Da hier eine eventuelle Ausheilung stattgefunden haben könnte, werden
die Ergebnisse aus dieser Messserie als "‘possible annealing"’ gekennzeichnet.
Eine zweite Serie von neu bestrahlten MIMOSA-19 mit der gleichen Bestrahlungsdosis ermöglichte
eine zweite Referenzmessung. Bei diesen Chips sollte noch keine Ausheilung stattgefunden
haben, so dass die Bezeichnung "‘no annealing"’ gewählt wurde.
Damit ist eine Abschätzung möglich, ob die gemessenen Abweichungen auf systematische
Unsicherheiten in der Messung zurückzuführen sind, oder, ob eine Ausheilung von Strahlenschäden
aus Neutronenbestrahlung nach einer Lagerung von einem Jahr bei Raumtemperatur
vorliegt. Ein eventueller Ausheileffekt sollte dazu führen, dass die Messung nach einem Jahr
Lagerung "‘possible annealing"’ signifikant von beiden Referenzmessungen "‘reference"’ und
"‘no annealing"’ abweicht. Insbesondere sollte die Abweichung der Messung "‘possible annealing"’
größer sein als zwischen den beiden Referenzmessungen, da diese ein Maß für die
Unsicherheiten aufgrund verschiedener Chips sind.
Damit ist eine Abschätzung möglich, ob die gemessenen Abweichungen auf systematische Unsicherheiten
in der Messung zurückzuführen sind oder, ob eine Ausheilung von Volumenschäden
nach einer Lagerung von einem Jahr bei Raumtemperatur vorliegt.
Die Ergebnisse aller drei Messungen stimmen in Abbildung 5.6 in allen Observablen im Rahmen
ihrer Unsicherheit überein. Die Messung mit der möglichen Ausheilung "‘possible annealing"’