Physics with X-rays spans from observing large scales in X-ray

astronomy down to small scales in material structure analyses with

synchrotron radiation. Both fields of research require imaging detectors

featuring spectroscopic resolution for X-rays in an energy range of

0.1keV to 20.0keV. Originally driven by the need for an imaging

spectrometer on ESA's X-ray astronomy satellite mission XMM-Newton,

X-ray pnCCDs were developed at the semiconductor laboratory of the

Max-Planck-Institute. The pnCCD is a pixel array detector

made of silicon. It is sensitive over a wide band from near infrared-

over optical- and UV-radiation up to X-rays.

This thesis describes the dynamics of signal electrons from the moment

after their generation until their collection in the potential minima of

the pixel structure. Experimentally, a pinhole array was used to scan

the pnCCD surface with high spatial resolution. Numerical simulations

were used as a tool for the modeling of the electrical conditions inside

the pnCCD. The results predicted by the simulations were compared with

the measurements.

Both, experiment and simulation, helped to establish a model for the

signal charge dynamics in the energy range from 0.7keV to 5.5keV.

More generally, the presented work has enhanced the understanding of the

detector system on the basis of a physical model. The developed

experimental and theoretical methods can be applied to any type of array

detector which is based on the full depletion of a semiconductor

substrate material.

Physik mit Röntgenstrahlen befasst sich sowohl mit grosskaligen

Strukturen in der Röntgenastronomie, als auch mit kleinskaligen

Phänomenen bei Strukturanalysen mit Synchrotronstrahlung. In beiden

der genannten Bereiche werden bildgebende Sensoren benötigt, die

zusätzlich als Spektrometer im Energiebereich von 0.1keV bis 20.0keV

arbeiten. Ursprünglich wurden pnCCDs am Halbleiterlabor der

Max-Planck-Institute für Physik und extraterrestrische Physik

entwickelt, um ein bildgebendes Spektrometer für die

Röntgenastronomiemission XMM-Newton der ESA bereitzustellen.

Das pnCCD ist ein Detektor mit Pixelstruktur, der vom Infraroten über

optische und UV-Strahlung bis hin zu Röntgenstrahlung empfindlich

ist.

Diese Arbeit beschreibt die Bewegung von Signalelektronen vom Zeitpunkt

ihrer Erzeugung bis zur Sammlung in den Speicherzellen der

Pixelstruktur. Zur experimentellen Untersuchung von pnCCDs wurde ein

Lochraster eingesetzt, das deren Oberfläche mit hoher räumlicher

Auflösung abtastet. Mit Hilfe von numerischen Bauelementesimulationen

stand ein Werkzeug zur Modellierung der elektrischen Bedingungen in

pnCCDs zur Verfügung.

Durch die Kombination der durchgeführten Experimente und Simulationen

konnte ein Modell für die Signalladungsdynamik im Energiebereich von

0.7keV bis 5.5keV erstellt werden. Im allgemeineren Sinne hat die

vorliegende Arbeit mittels eines physikalisches Modells das

Verständnis von pnCCDs erweitert. Die dazu entwickelten

experimentellen und theoretischen Methoden können auf jeden Detektor

angewendet werden, der auf einem vollständig verarmten

Halbleitersubstrat aufbaut.