michael schwander 1 halbleiterdetektoren. 2 inhalt mögliche funktionsweise mögliche funktionsweise...
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Michael SchwanderMichael Schwander 11
HalbleiterdetektorenHalbleiterdetektoren
Michael SchwanderMichael Schwander 22
InhaltInhalt
Mögliche FunktionsweiseMögliche Funktionsweise Vergleich mit anderen DetektorenVergleich mit anderen Detektoren Struktur von HalbleiternStruktur von Halbleitern Reeller AufbauReeller Aufbau
Michael SchwanderMichael Schwander 33
Wie wird detektiert?Wie wird detektiert?
Michael SchwanderMichael Schwander 44
Gas vs. FestkörperGas vs. Festkörper Bethe-Bloch BeziehungBethe-Bloch Beziehung
²²1ln²2ln
²²4
4
Ivm
vmezN
dxdE e
e
TNkPV b Idealen Gasgleichung
Für einen cm³ folgen 2,4*1020 Teilchen
Atomvolumen von Si 12,1cm³/mol
Für einen cm³ folgen 5,0*1022
Michael SchwanderMichael Schwander 55
Gas vs. FestkörperGas vs. Festkörper
Argon Z=18Argon Z=18 Si Z=14Si Z=14
Energieverlust 2*10² größer im FestkörperEnergieverlust 2*10² größer im Festkörper Nur Anregung von ElektronenNur Anregung von Elektronen
Si Si ≈ 3,6 eV≈ 3,6 eV Argon ≈ 15,8 eVArgon ≈ 15,8 eV
9*10² mehr Elektronen im Festkörper9*10² mehr Elektronen im Festkörper Bzw. 1 Gaselektron kommen 900 FestkörperelektronenBzw. 1 Gaselektron kommen 900 Festkörperelektronen
eVZZI
32
9,111,9
eVI 210eVI 170
Michael SchwanderMichael Schwander 66
Gas vs. FestkörperGas vs. Festkörper
Welche Spannung wirkenWelche Spannung wirken Gas ohne Verstärkung ca. 10Gas ohne Verstärkung ca. 1077 V/mm V/mm Gas mit Verstärkung über 10Gas mit Verstärkung über 1099 V/mm V/mm Festkörper ca. 10Festkörper ca. 1022 V/mm V/mm
Michael SchwanderMichael Schwander 77
Gas vs. FestkörperGas vs. Festkörper
Schwierigkeiten bei Gas:Schwierigkeiten bei Gas: Verformung der Drehte Verformung der Drehte Extrem hohe Feldstärken Extrem hohe Feldstärken Ungenaue OrdsauflösungUngenaue Ordsauflösung Schlechter dE/dx TermSchlechter dE/dx Term
Vorteile:Vorteile: Leicht austauschbares MediumLeicht austauschbares Medium Geringere KostenGeringere Kosten
Michael SchwanderMichael Schwander 88
Gas vs. FestkörperGas vs. Festkörper
Schwierigkeiten im FestkörperSchwierigkeiten im Festkörper Hohe reinheitsgrade zu erzeugenHohe reinheitsgrade zu erzeugen Teure MaterialienTeure Materialien
Vorteile:Vorteile: Extrem hohe AuflösungExtrem hohe Auflösung Viele Elektronen pro TeilchenViele Elektronen pro Teilchen Integration der Auslesetechnik möglichIntegration der Auslesetechnik möglich Kurze Messzeiten 10nsKurze Messzeiten 10ns
Michael SchwanderMichael Schwander 99
Was für Festkörper?Was für Festkörper?
Michael SchwanderMichael Schwander 1010
Metalle/Halbleiter/Isolatoren?Metalle/Halbleiter/Isolatoren?
PauliprinzipPauliprinzip Grund für EnergieniveausGrund für Energieniveaus
Diskrete EnergieniveausDiskrete Energieniveaus
njn
ZEE njn 43
21
1²²1,
Michael SchwanderMichael Schwander 1111
Metalle/Halbleiter/Isolatoren?Metalle/Halbleiter/Isolatoren?• Schematische Darstellung der Bänder
Energielücke
Michael SchwanderMichael Schwander 1212
Metalle/Halbleiter/Isolatoren?Metalle/Halbleiter/Isolatoren? Fermi-Dirac VerteilungFermi-Dirac Verteilung
TKEETE
B
F
eF
1
1),(
Michael SchwanderMichael Schwander 1313
Fermi-NiveauFermi-Niveau
cE
EE dEFNn )()( *
ce
E EEhmN 3
23
)(28
TKEETE
B
F
eF
1
1),(
TKEE
cB
CF
eN *
TKEE
VB
FV
eNp *
Michael SchwanderMichael Schwander 1414
Fermi-NiveauFermi-Niveau
Intrinsischer HalbleiterIntrinsischer Halbleiter
Michael SchwanderMichael Schwander 1515
Fermi-NiveauFermi-Niveau
Michael SchwanderMichael Schwander 1616
Fermi-NiveauFermi-NiveauN - Dotierung
Michael SchwanderMichael Schwander 1717
Fermi-NiveauFermi-Niveau
Michael SchwanderMichael Schwander 1818
HalbleiterdetektorHalbleiterdetektor
Erkenntnis!Erkenntnis! Detektor muss Halbleiter seinDetektor muss Halbleiter sein
Prinzipieller Aufbau bis jetztPrinzipieller Aufbau bis jetzt
Halbleiter
Kathode
Anode
Michael SchwanderMichael Schwander 1919
Reeller HalbleiterdetektorReeller Halbleiterdetektor
Schwierigkeiten:Schwierigkeiten: Bei T > 0Bei T > 0
Existenz eines DunkelstromsExistenz eines Dunkelstroms
Lösung:Lösung: p/n Übergangp/n Übergang
Michael SchwanderMichael Schwander 2020
p/n -Übergangp/n -Übergang
-xl xr
Michael SchwanderMichael Schwander 2121
p/n -Übergangp/n -Übergang
Michael SchwanderMichael Schwander 2222
Michael SchwanderMichael Schwander 2323
p/n -Übergangp/n -Übergang
Michael SchwanderMichael Schwander 2424
Silizium-Streifen-Detektoren
Michael SchwanderMichael Schwander 2525
Pixel-Detektoren
Michael SchwanderMichael Schwander 2626
5,4m
2,4m
206m²
CMS 2007
Michael SchwanderMichael Schwander 2727
Weitere Aspekte von HalbeiternWeitere Aspekte von Halbeitern
Lebensdauer Lebensdauer DegradationDegradation
ProduktionProduktion
Vergleich mit SolarzelleVergleich mit Solarzelle
Michael SchwanderMichael Schwander 2828
Michael SchwanderMichael Schwander 2929
ENDE!ENDE!