Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

5.2. AUSHEILUNG VON STRAHLENSCHÄDEN 79
des Spektrums und damit der Ladungssammlungseffizienz erkennbar. Damit heilen die durch
Neutronen induzierten Volumenschäden unter diesen Bedingungen nicht aus. Eine Verschlechterung
der Ladungssammlungseffizienz durch ein negatives Ausheilen wird nicht beobachtet, so
dass Neutronenbestrahlte Sensoren ausgeheilt werden können, ohne dass eine Verringerung der
Ladungssammlungseffizienz zu erwarten ist.
Im nächsten Schritt soll die Hypothese überprüft werden, ob Volumenschäden positiv ausheilen.
Bekannt war, dass Neutronenbestrahlung Defekte hervorruft, die Rekombinationszentren für
Signalelektronen darstellen, so dass der Sammelpeak sich zu niedrigen Signalhöhen verschiebt.
Wenn nun diese Defekte thermisch ausheilen, verringert sich die Anzahl an Rekombinationszentren,
mehr Signalelektronen erreichen die Dioden und der Sammelpeak verschiebt sich wieder
zu höheren Signalhöhen. Am größten sollte der Effekt sein, wenn alle 25 Pixel um einen Cluster
ausgelesen werden, da dort dann entsprechend auch Elektronen beitragen, die in die äußeren
Pixel des Clusters diffundiert sind und damit eine entsprechend lange Diffusionsstrecke zurückgelegt
haben. Abbildung 5.15 zeigt die Position des Sammelpeaks als Funktion der Ausheilzeit
bei +80 ◦ C. Nach der Neutronenbestrahlung verringert sich die Position des Sammelpeaks wie
erwartet. In Übereinstimmung mit der Hypothese erhöht sich die Position des Sammelpeaks
durch die Aufheizung systematisch um 5%. Abbildung 5.15 zeigt darüber hinaus auch die
Position des Kalibrationspeaks, bestimmt bei einer Clustergröße von einem Pixel, aus der sich
die Verstärkung ermitteln lässt. Diese fluktuiert im Gegensatz zum Sammelpeak nur in der
Größenordnung von 0,2% und ist deshalb nicht wie nach einer Röntgenbestrahlung für die
Änderung des Spektrums verantwortlich.
Auch wenn der Effekt mit 5% nicht sehr groß ist, kann die Messung als starker Hinweis für die
Hypothese, dass Volumenschäden in MAPS positiv ausheilen, angesehen werden.
Wie in Abschnitt 5.1.1 diskutiert, wurde kein signifikanter Effekt nach Röntgenbestrahlung auf
die Ladungssammlungseffizienz beobachtet. Die Messungen wurden mit einem großen zeitlichen
Abstand zur Bestrahlung durchgeführt, aus diesem Grund waren Kurzzeitausheilungseffekte
(short term annealing) nicht messbar. Um diese Kurzzeitausheilungseffekte zu messen, wurde in
der folgenden Studie das Ladungsspektrum möglichst zeitnah nach der Bestrahlung aufgenommen.
Insbesondere wurden die in Abschnitt 5.1.1 ausgeführten Erkenntnisse berücksichtigt und
das Ladungsspektrum des Cd-109-Strahlers und nicht des etablierten Fe-55-Strahlers betrachtet.
Der Einfluss der Bestrahlung und danach einsetzenden Ausheilung auf das Ladungsspektrum
wird in Abbildung 5.16 gezeigt. Die Röntgenbestrahlung und damit das Generieren von Oberflächenschäden
führt zu einer Verschiebung des Spektrums zu leicht niedrigeren Signalhöhen. Vor
allem der Kalibrationspeak wird breiter und verschiebt sich signifikant um 30 ADC-Einheiten.
Die niedrigen Signalhöhen werden nach der Bestrahlung wegen des erhöhten Rauschens weggeschnitten.
Weiterhin verschwindet bei ungefähr 120 ADC im Cd-109-Spektrum die Röntgenfluoreszenzlinie
von Ba Lα fast vollständig.
Das Spektrum verschiebt sich durch die 280 Stunden Lagerung bei Raumtemperatur und
73 Stunden bei T = +80 ◦ C wieder zu höheren Signalhöhen. Die Verschiebung des Spektrums
nach der Bestrahlung wird durch die Ausheilung nahezu vollständig kompensiert. Dies erklärt,