Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

76 KAPITEL 5. DIE STRAHLENHÄRTESTUDIE
Oberflächenschäden ausheilen. Die Addition der stabilen Leckstromkomponente I0 aus Volumenschäden
und Oberflächenschäden beschreibt nach Abzug des unbestrahlten Beitrages in
erster Näherung die stabile Leckstromkomponente der kombinierten Bestrahlung. Besonders
stark ist die Verringerung des Leckstromes innerhalb der ersten 15 Stunden bei T = +80 ◦ C.
Beobachtet wurde ein Verringerung um etwa 35 %.
5.2.2.2 Rauschen
In Abbildung 5.13 wird das Rauschen von MIMOSA-19 als Funktion der Ausheilzeit gezeigt.
Erwartungsgemäß sinkt das Rauschen wie der Leckstrom mit zunehmender Ausheildauer. Durch
die Ausheilung bei T = +80 ◦ C verringert sich das Rauschen des Sensors mit sowohl Volumenals
auch Oberflächenschäden von (93 ± 3) e − auf (57 ± 1) e − und das Rauschen des Sensors
mit nur Oberflächenschäden von (89 ± 2) e − auf (52 ± 1) e − . Das Rauschen des Sensors mit
Volumenschäden verringert sich dagegen trotz längeres Aufheizen bei T = +80 ◦ C nur von
(43 ± 2) e − auf (40 ± 2) e − . Die Fehlerangaben beziehen sich wieder auf die Produktionstoleranzen
der Pixel, die statistische Unsicherheit ist geringer. Die Verringerung des Rauschens des
nur mit Neutronen bestrahlten Sensors nach den ersten beiden Messungen bis zur 30. Stunde
ist auf einen zeitweilig modifizierten Versuchsaufbau und daraus resultierender veränderten
Verstärkung zurückzuführen, die sich im Rauschen nicht vollständig herausrechnen lässt. Die
daraus resultierende Unsicherheit liegt noch innerhalb der Breite der Produktionstoleranz.
Dieses Ergebnis stützt die Annahme, dass es sich beim Rauschen vorwiegend um Schrotrauschen
handelt, welches durch die Aufheizung der Sensoren auf T = +80 ◦ C gesenkt werden kann.
Das Rauschen wird auch nicht durch ein eventuelles negatives Ausheilen der Volumenschäden
erhöht. Als Konsequenz haben ausgeheilte Sensoren ein geringeres Rauschen als nur bestrahlte
Sensoren und es wird unter der Annahme, dass sich auch die Ladungssammlungseffizienz durch
die Ausheilung nicht verschlechtert, ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis für die ausgeheilten
Sensoren erwartet. Die Strahlenhärte der Sensoren kann damit durch thermische Ausheilung der
Strahlenschäden zu einem gewissen Teil verbessert werden.
5.2.2.3 Ladungsspektrum
Neutronbestrahlung bewirkt nach Abschnitt 5.1.1 einen Einbruch der Ladungssammlungseffizienz.
Verantwortlich dafür werden Volumenschäden gemacht. Eine offene Frage ist, ob diese
Volumenschäden bei T = +80 ◦ C ausheilen. Eine negative Ausheilung der Ladungssammlungseffizienz
würde der positiven Ausheilung des Rauschens entgegenstehen.
Abbildung 5.14 zeigt das Ladungsspektrum einer Cd-Quelle bei einer Clustergröße von einem
Pixel, aufgenommen für einen Neutronenbestrahlten Chip vor und nach sieben Tage Aufheizung
auf T = +80 ◦ C. Da die Spektren mit einem halben Jahr Abstand aufgenommen wurden, wurde
die Verringerung der Intensität der Cd-Quelle korrigiert.
Die Spektren sind in sehr guter Übereinstimmung. Es ist kein Hinweis auf eine Änderung