Radiation Hardness Studies of Monolithic Active Pixel Sensors ...

5.2. AUSHEILUNG VON STRAHLENSCHÄDEN 83
im Vergleich zum nur mit Röntgenstrahlen bestrahlten Chip unerwarteterweise zu niedrigeren
Signalhöhen verschoben, was sich auch nicht durch die folgende Ausheilung ändert. Damit
scheint es offensichtlich einen zusätzlichen Strahlenschaden durch kombinierte Bestrahlung zu
geben, der den Ausheilprozess in der Verstärkung verlangsamt.
5.2.3 Zusammenfassung zur thermischen Ausheilung
Volumenschäden scheinen im Vergleich zu Oberflächenschäden auf anderen Zeitskalen auszuheilen.
Der Nachweis signifikanter Ausheileffekte bezüglich Volumenschäden erwies sich als
eine besondere Herausforderung. Einfacher war dagegen der Nachweis, dass Volumenschäden
unter den gewählten Rahmenbedingungen nicht negativ ausheilen.
Bei einer Lagerung der Chips bei Raumtemperatur bis zu einem Jahr und Messung der Observablen
bei T = −20 ◦ C zeigten sich keine signifikanten Ausheileffekte. Einzig im Proportionalitätswerts
αV , der unter anderem die Änderung des Leckstroms durch Ausheilung charakterisiert,
zeigte sich ein Hinweis für eine positive Ausheilung. Die Signifikanz ist allerdings gering, da die
beobachtete Verringerung des Wertes in der gleichen Größenordnung war wie die Unsicherheiten
aufgrund Temperatur und Produktionstoleranzen. Ein negatives Ausheilen der Volumenschäden
bei Raumtemperatur im Zeitraum von wenigen Wochen bis zu einem Jahr wurde nicht beobachtet.
Die Rahmenbedingung Ausheilung bei T = +80 ◦ C und Messung des Leckstromes bei T = +20 ◦ C
ergab zusätzlich einen kleinen signifikanten positiven Ausheileffekt. Der Leckstrom konnte
durch diese siebentägige Ausheilung um circa 10 % verringert werden. Untermauert wurde die
Signifikanz dieses Ergebnisses dadurch, dass die Ausheilung durch Messungen in definierten
Zeitabständen systematisch verfolgt werden konnte. Ein durchgeführter Exponentialfit ergab für
die Ausheilung bei T = +80 ◦ C eine Zeitkonstante von (22 ± 7) h.
Das Ladungsspektrum eines mit Neutronen bestrahlten Sensor (Clustergröße: 1 Pixel) ändert
sich auch nach siebentägiger Aufheizung auf T = +80 ◦ C nicht signifikant. Insbesondere eine
Verringerung der Ladungssammlungseffizienz, welche als eine negative Ausheilung interpretiert
werden könnte, wird nicht beobachtet. Das Ladungsspektrum bei einer Clustergröße von 25
Pixel zeigt darüber hinaus eine Verschiebung zu höheren Signalhöhen durch die Aufheizung.
Eine Änderung der Verstärkung als Ursache konnte ausgeschlossen werden. Damit wird dies als
Hinweis auf eine positive Ausheilung von Volumenschäden in MAPS angesehen.
Ein Grund für die festgestellte positive Ausheilung könnten neben nicht-ionisierende Strahlenschäden
auch ionisierende Strahlenschäden aus der den Neutronen unterliegende Gammastrahlung
sein. Zur Unterdrückung der Auswirkungen der ionisierenden Bestrahlung wurden die
Neutronenbestrahlungen ohne Spannung durchgeführt. Eine Einflussnahme kann dennoch nicht
ausgeschlossen werden.
Inwieweit Ausheilungen kurz nach der Neutronenbestrahlung eine Rolle spielen, konnte in dieser
Arbeit nicht thematisiert werden, da die Sensoren erst einige Wochen nach der Bestrahlung
untersucht wurden.