Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

68 KAPITEL 5. DIE STRAHLENHÄRTESTUDIE
weicht nicht stärker ab als die zweite Referenzmessung "‘no annealing"’. Ein signifikanter
negativer Ausheileffekt wird damit unter diesen Rahmenbedingungen nicht beobachtet.
Abbildung 5.6 c) zeigt die Abhängigkeit des Leckstromes von der Dosis der Neutronenbestrah-
lung im Bereich von 0 bis 2 · 10 13 neq
cm 2 für drei verschiedene Messserien bei T = −20 ◦ C. Wie
erwartet scheint der Leckstrom linear mit der Bestrahlungsdosis zu steigen.
In Abschnitt 3.4.2 wurde für verarmte Sensoren die lineare Abhängigkeit des Leckstromes ∆I
von der nicht-ionisierenden Bestrahlungsdosis Φeq eingeführt.
∆I = αV · Φeq
(5.3)
Diese wird nun für MAPS anhand von Neutronenbestrahlung bei T = −20 ◦ C überprüft und
darüber hinaus die Hypothese einer möglichen negativen Ausheilung getestet, die sich in einer
Änderung des Proportionalitätswerts αV zeigen sollte. Abbildung 5.7 zeigt für alle in Abbildung
5.6 gezeigten Graphen einen durchgeführten Linearfit und die daraus berechneten Werte αV .
Der rote Graph a) "‘reference"’ wurde 2008 gemessen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden der
graue Graph b) "‘possible annealing"’ und der blaue Graph c) "‘no annealing"’ im Jahr 2009
erstellt. Die Messungen a) "‘reference"’ und b) "‘possible annealing"’wurden mit dem gleichen
Chips aufgenommen, während die Messung c) "‘no annealing"’ von Chips aus einem anderen
Wafer stammen.
Allgemein sind alle drei Graphen in einer sehr guten Übereinstimmung. Die Hypothese eines
linearen Zusammenhangs zwischen Leckstrom und Bestrahlungsdosis nach dem NIEL-Modell
kann auch auf MAPS übertragen werden. Die Unsicherheiten der Parametrisierung betragen
4 − 10%.
Darüber hinaus erlauben die Unterschiede im Wert von αV kombiniert mit der Information über
die unterschiedlichen Messbedingungen einige Rückschlüsse auf eine eventuell stattgefundene
Ausheilung. Eine signifikante negative Ausheilung sollte sich in einem signifikant größeren
αV -Wert für die Messung b) "‘possible annealing"’ zeigen.
Tatsächlich ist αV für die Messung mit einer Ausheilhistorie von ca. einem Jahr bei Raumtemperatur
mit αV = (0,74 ± 0,04) fA cm 2 etwas kleiner als die beiden Referenzmessungen
mit αV = (0,76 ± 0,08) fA cm 2 und αV = (1,05 ± 0,08) fA cm 2 . Dies ist ein Hinweis auf
eine leichte positive Ausheilung. Eingeschränkt wird dies, dass die Messwerte von a) mit einem
anderen Kühlungsprotokoll aufgenommen wurden. Da aber die Abweichungen zwischen
a) "‘reference"’ und b) "‘possible annealing"’ kleiner sind als zwischen b) "‘possible annealing"’
und c) "‘no annealing"’, scheinen die Differenzen zwischen den beiden verschiedenen Wafern
eine größere Rolle zu spielen als die Verschiedenheit im Kühlungsprotokoll und eine eventuell
stattgefundene Ausheilung. Damit lässt sich für Volumenschäden in MAPS im Zeitraum von
wenigen Wochen bis zu einem Jahr nach der Bestrahlung ein signifikantes negatives Ausheilverhalten
mit großer Sicherheit ausschließen. Es existieren darüber hinaus Hinweise auf eine
positive Ausheilung.