michael schwander 1 halbleiterdetektoren. 2 inhalt mögliche funktionsweise mögliche funktionsweise...

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

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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

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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

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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

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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

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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),(

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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!