3.5 Halbleiterdetektoren 3.5.5 CCD (charged coupled device)

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FlashCards sobre 3.5 Halbleiterdetektoren 3.5.5 CCD (charged coupled device), criado por Tom Schobert em 26-09-2017.
Tom Schobert
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Tom Schobert
Criado por Tom Schobert aproximadamente 7 anos atrás
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Resumo de Recurso

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Eigenschaften - weiterer Spektralbereich - bis hν≤20 keV - hohe Dynamik (105) - räumliche Auflösung (6-30 μm) - Wiederholrate 0.01-50 Hz
Funktionsprinzip - Erzeugung und Trennung Elektron-Loch-Paare - 2D-Sensor, 1000x1000 px - Ladungen einzelner Pixel durch Detektor hindurch abgeleitet
Halbleiterplatten - Elektrodenstruktur dünne aufgedampfte Schichten - dünne Isolatorschicht - dünne n-dotierte Schicht - i-Schicht - dicke p-dotierte Schicht Trägersubstrat - homogene Gegenelektrode an Rückseite
Pixelstruktur - Definition durch Elektroden (dreidimensionale Potenzialstruktur) - 1. Sammeln Ladungen bei Lichteinfall (Potentialtopf) - 2. Veränderung zur schrittweisen Auslösung - Lichtaufnahme: positive Spannung → Verarmungszonen 5-50 μm dick - Photon in Verarmungszone → Photoelektron → sekundäre Elektronen + Löcher - Isolator: Ladungen bleiben in Potentialtöpfen gefangen - sequentielle Beschaltung → schrittweiser Transport (Eimerkettenprinzip) - Ausleseregister: Verstärker und AD-Wandler ausgelesen
Pixel & Speicher - Auslesung 30 ms- 60s: offener Chip → zusätzliches Signal (Streifen, helle Strahlen) - Chipgrößen: 1024 x 1024 imaging 256 x 4096 Spektroskopie - Pixelgröße: o VIS: 6-8 μm o XR/UV: 20-50 μm
Back-thinned CCDs - Beleuchtung von Hinterseite (sehr dünn hinter Verarmungszone: Rekombination) - 10 μm dick - sehr dünne homogene Elektrode - dotierte Totschicht
Back-thinned CCDs Vorteile - Effizienz - Regelmäßige Auskopplung und höhere Quanteneffizienz - Einfaches Ankoppeln Faseroptik
Back-thinned CCDs Intensitätsdetektor - 0.5-100 nm: harte Strahlung - Quanteneffizienz: Wie viel % aller einfallenden Photonen detektiert - Detektionseffizienz: Wie viele e- pro Photon erzeugt (Material,Reinheit) - Verstärkung: Wie viele counts im digitalen Bild pro Elektron (j≈0.05-0.5 Counts/Elektron) - Kühlung -40 °C: Rauschen 2-5 counts: fast Einzelphotonennachweis
deep depletion CCDs - Histogramm-Auswertung: Wie viele Pixel, welche Anzahl von Counts - Fano-Statistik, HXR → wenige Spektrallinien
deep depletion CCDs Effizienz η_QE≈1-e^(-α_p (E)dp): tiefe Verarmungsschicht Lateralausdehnung: 30 μm (Standard 6-8 μm) Problem: schnelle primäre Elektron können kleine Pixel leicht verlassen → Teil der Ladung in Nachbarpixeln oder feldfreier Zwischenraum
deep depletion CCDs Eigenschaften - Detektionsbereich bis 30 keV - Spezial-Chips: 20-150 keV → Quanteneffizienz bis 80 % - Verarmungszonen 50 μm dick, Pixel 100 μm Seitenlänge
andere wissenschaftliche CCDs VUV-enhanced CCD: iCCD (intensiviert): EMCCD (electron multiplier):
VUV-enhanced CCD - VIS → Fluoreszenzschicht für harte Strahlung - fest aufgebrachte Schicht für bestimmte Spektralbereich → Schichtwechsel möglich
iCCD (intensiviert) - vorgeschalteter MCP (nicht max. Verstärkung für minimales Rauschen) - Photokathode: spektrale Effizienz definiert Spektralbereich - Kurzzeitbelichtung - größere Helligkeitsdynamik
EMCCD (electron multiplier): - Potenzial beim Auslesen so geschaltet → Elektronen immer wieder stark beschleunigt - Stoßionisation: neue Ladungsträger → gleiche Pixel ausgelesen (g=1-10000) - Vergrößerung dynamischer Bereich hin zu kleineren Intensitäten

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