TY  - THES
AB  - Die neue Generation beschleunigerbasierter Röntgenquellen, die sogenannten Freien-Elektronen-Laser (FEL), erzeugen ultra-brillante, kohärente Röntgenpulse, welche völlig neue experimentelle Möglichkeiten wie beispielsweise die Untersuchung von Nanostrukturen oder das Auflösen struktureller Details von Reaktionsmechanismen eröffnen. Um die Möglichkeiten, die diese neuen Strahlungsquellen bieten, voll ausnutzen zu können, benötigt man Detektoren, die die enormen Kontraste, die bei FEL-Experimenten auftreten, auflösen können. Bei manchen Experimenten reicht der dynamische Bereich von einzelnen Photonen bis hin zu  100 000 Photonen mit einer Energie von 12 keV pro Pixel und Röntgenpuls. pnCCDs erfüllen die Anforderungen, die diese neuen Röntgenquellen an das Detektorsystem stellen, da sie große Signalladungsmengen mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten können. Extrem hohe Photonenintensitäten, können jedoch zu einer Sättigung der Pixel und zum Überlaufen von Signalladung in benachbarte Pixel führen. Aufgrund dieses sogenannten Blooming-Effekts geht ein Teil der räumlichen Information bei Beugungsexperimenten verloren und die Probenstrukturen können nicht mehr zuverlässig rekonstruiert werden.
In dieser Arbeit wird die Sammlung, Speicherung und Verarbeitung von Signalladung in pixelierten Halbleiterdetektoren vom Typ pnCCD untersucht. Für die experimentellen Untersuchungen wurde ein Laseraufbau konstruiert, der es ermöglicht gezielt unterschiedliche Mengen an Signalladungen in die einzelnen Pixel einzubringen und die Pixelstruktur mit hoher Ortsauflösung abzurastern. Mit Hilfe numerischer Bauelementesimulationen wurden die elektrischen Potentialverhältnisse im Detektor während der Ladungsspeicherung, -sammlung und dem -transfer untersucht. Basierend auf den experimentellen Daten und den Simulationsergebnissen wurde ein physikalisches Modell für die Ladungssammlungskapazität volldepletierter, pixelierter Halbleiterdetektoren aufgestellt. Aufgrund der Ergebnisse konnte die Ladungssammlungskapazität und damit der dynamische Bereich der pnCCDs deutlich erhöht werden.
Des Weiteren wurde untersucht, wie sich überschüssige Ladungen aus der Pixelstruktur entfernen lassen, bevor diese in die Nachbarpixel überlaufen. Da pnCCDs keine geschlossene Oxidschicht auf der Registerseite haben, steht ein direkter Zugang zum Halbleiter zur Verfügung, über den überschüssige Ladungen aus dem Bauelement entfernt werden können. Es wird untersucht, ob es möglich ist Ladungssenken im elektrischen Potential der pnCCDs durch Anlegen geeigneter Betriebsspannungen zu erzeugen, ohne die Pixelstruktur oder den Herstellungsprozess zu verändern. Dieser neuartige Betriebsmodus eröffnet ein neues Feld im Bereich der Bildgebung mit Photonen, aber auch mit Elektronen und anderen geladenen Teilchen mit hohen Intensitäten.
AU  - Schmidt, Julia
DA  - 2017
KW  - Strahlungsdetektor
KW  - Dynamischer Bereich
KW  - Ladungssammlungskapazität
KW  - pnCCD
KW  - Dynamic Range
KW  - Charge Handling Capacity
LA  - eng
PY  - 2017
TI  - A study of the charge collection, storage and processing in pixelated semiconductor detectors
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-11201
Y2  - 2024-11-22T04:29:29
ER  -