„Siliziumdriftdetektor“ – Versionsunterschied
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Auslagerung aus Energiedispersive Röntgenspektroskopie im Wesentlichen Benutzer:Salino01 http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Energiedispersive_R%C3%B6ntgenspektroskopie&diff=prev&oldid=33792213 |
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Ein '''Siliziumdriftdetektor''' (SDD) ist ein relativ neuer [[Strahlungsdetektor]] zur Messung von [[ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlung]]. Sie werden unter anderem in Röntgen[[spektrometer]]n zur Detektion von [[Röntgenstrahlung]] eingesetzt. Der [[Halbleiterdetektor]] wurde 1983 von E. Gatti und P. Rehak vorgestellt und seit dem für unterschiedliche Bereiche der [[Hochenergiephysik]] und [[Röntgenspektroskopie]] weiterentwickelt.<ref name="Scholze">{{Literatur | Autor = Frank Scholze u. a. | Herausgeber = Burkhard Beckhoff u.a. | Titel = X-Ray Detectors and XRF Detection Channels | Sammelwerk = Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis | Verlag = Springer | Ort = Berlin/Heidelberg | Jahr = 2006 | ISBN = 978-3-540-28603-5 | Seiten = 199–308}}</ref> |
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Der Aufbau eines Siliziumdriftdetektors entspricht im Wesentlichen einer [[pn-Diode]]n aus Silizium. Durch eine von außen angelegte elektrische Spannung kann eine Verarmung im Bereich der p+-Elektrode erreicht werden. Einfallende Röntgenstrahlung kann in diesem ladungsträgerarmen Bereich absorbiert werden und die dabei erzeugten [[Elektron-Loch-Paar]]e werden aufgrund der angelegten Spannung getrennt und driften zu den Kontaktelektroden, wo sie einer Verstärkerschaltung zugeführt werden.<ref name="Scholze"/> |
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Heutzutage weicht der typische Aufbau von diesem Grundkonzept mehr oder weniger ab. So werden moderne SDD meist in zylindischer Form auf einem Silizium-[[Wafer]] gefertigt. Zur Effizienzsteigerung werden die mehrere p-dotierte Bereiche ringförmig um eine zylindrische n-dotierten Anode in der Wafermitte.<ref name="Scholze"/><ref name="Williams">{{Literatur | Autor = David Bernard Williams, C. Barry Carter | Titel = Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science | Verlag = Springer | Jahr = 2009 | ISBN = 9780387765006 | Seiten = 588 }}</ref> |
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Diese erzeugten [[Defektelektron]]en driften zu den Rückseitenkontakten über den p-dotieren Bereichen und die Elektronen driften entlang des Potentialmaximums im Bulk-Bereich des Wafers radial zur Anode, wo sie der Auswertungselektronik zugeführt werden. |
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Neben dieser einseitig strukturieren Version existieren noch andere Varianten, vgl. <ref name="Scholze"/>, <ref>{{Literatur | Autor= L. Pieolli, M. Grassi, M. Ferri and P. Malcovati | Titel = A Low Noise 32-Channel CMOS Read-Out Circuit for X-ray Silicon Drift Chamber Detectors | Herausgeber = Giovanni Neri | Sammelwerk = Sensors and Microsystems: AISEM 2010 Proceedings | Verlag = Springer | Jahr = 2011 | ISBN = 9789400713246 | Seiten = 259–264 |Online = {{Google Buch|BuchID=xjzonu0aQSIC|Seite=260}}}}</ref> und <ref>{{Literatur | Herausgeber = Gernot Friedbacher, Henning Bubert | Titel = Surface and Thin Film Analysis | Verlag = John Wiley & Sons | Auflage = 2. | Jahr = 2011 | ISBN = 9783527636945 | Seiten = 273 |Online = {{Google Buch|BuchID=OfuRZG4OxOUC|Seite=273}}}}</ref>. |
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== Vor- und Nachteile == |
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Aufgrund der geringen Dicke und somit des geringeren Detektorvolumens gegenüber [[Si(Li)-Detektor]]en besitzen SSD bereits oberhalb ca. 10 keV eine geringere Effizienz.<ref>{{Literatur | Autor = Frank Eggert | Titel = Standardfreie Elektronenstrahl-Mikroanalyse | Verlag = BoD – Books on Demand | Jahr = 2005 | ISBN = 9783833425998|Seiten=12–13}}</ref> |
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Da die elektrischen Signale in der Mitte des Siliziumdriftdetektors auf einer kleinen [[Anode]] gesammelt werden, ist ihre [[elektrische Kapazität]] der Anode geringer als bei Si(Li)-Detektoren, was eine um den Faktor zehn schnellere Messzeit erlaubt. Deshalb lösen sie zunehmend die Si(Li)-Detektoren ab.<ref name="Williams"/> |
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Version vom 9. April 2013, 16:18 Uhr
Ein Siliziumdriftdetektor (SDD) ist ein relativ neuer Strahlungsdetektor zur Messung von ionisierender Strahlung. Sie werden unter anderem in Röntgenspektrometern zur Detektion von Röntgenstrahlung eingesetzt. Der Halbleiterdetektor wurde 1983 von E. Gatti und P. Rehak vorgestellt und seit dem für unterschiedliche Bereiche der Hochenergiephysik und Röntgenspektroskopie weiterentwickelt.[1]
Aufbau
Der Aufbau eines Siliziumdriftdetektors entspricht im Wesentlichen einer pn-Dioden aus Silizium. Durch eine von außen angelegte elektrische Spannung kann eine Verarmung im Bereich der p+-Elektrode erreicht werden. Einfallende Röntgenstrahlung kann in diesem ladungsträgerarmen Bereich absorbiert werden und die dabei erzeugten Elektron-Loch-Paare werden aufgrund der angelegten Spannung getrennt und driften zu den Kontaktelektroden, wo sie einer Verstärkerschaltung zugeführt werden.[1]
Heutzutage weicht der typische Aufbau von diesem Grundkonzept mehr oder weniger ab. So werden moderne SDD meist in zylindischer Form auf einem Silizium-Wafer gefertigt. Zur Effizienzsteigerung werden die mehrere p-dotierte Bereiche ringförmig um eine zylindrische n-dotierten Anode in der Wafermitte.[1][2] Dabei kommen Standardverfahren der Halbleitertechnik zum Einsatz, beispielsweise fotolithografische Strukturierung, Ionenimplantation zur Dotierung oder Abscheidung von Siliziumdioxid und Aluminium.
Diese erzeugten Defektelektronen driften zu den Rückseitenkontakten über den p-dotieren Bereichen und die Elektronen driften entlang des Potentialmaximums im Bulk-Bereich des Wafers radial zur Anode, wo sie der Auswertungselektronik zugeführt werden.
Neben dieser einseitig strukturieren Version existieren noch andere Varianten, vgl. [1], [3] und [4].
Vor- und Nachteile
Aufgrund der geringen Dicke und somit des geringeren Detektorvolumens gegenüber Si(Li)-Detektoren besitzen SSD bereits oberhalb ca. 10 keV eine geringere Effizienz.[5] Dies ist jedoch bei der RFA kaum störend, da hier die Strahlungsintensität meist hoch genug ist. Die (volumenabhängigen) Leckströme sind ebenfalls deutlich geringer, was das Rauschen des Ausgangssignals verkleinert. Deshalb genügt es, sie mit kleinen Peltier-Kühlern auf etwa −20 °C zu kühlen. Dadurch (und wegen der effizienteren Herstellung auf Wafern) sind sie kleiner und günstiger als Si(Li)s. Da die elektrischen Signale in der Mitte des Siliziumdriftdetektors auf einer kleinen Anode gesammelt werden, ist ihre elektrische Kapazität der Anode geringer als bei Si(Li)-Detektoren, was eine um den Faktor zehn schnellere Messzeit erlaubt. Deshalb lösen sie zunehmend die Si(Li)-Detektoren ab.[2]
Einzelnachweise
- ↑ a b c d Frank Scholze u. a.: X-Ray Detectors and XRF Detection Channels. In: Burkhard Beckhoff u.a. (Hrsg.): Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis. Springer, Berlin/Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-28603-5, S. 199–308.
- ↑ a b David Bernard Williams, C. Barry Carter: Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. Springer, 2009, ISBN 978-0-387-76500-6, S. 588.
- ↑ L. Pieolli, M. Grassi, M. Ferri and P. Malcovati: A Low Noise 32-Channel CMOS Read-Out Circuit for X-ray Silicon Drift Chamber Detectors. In: Giovanni Neri (Hrsg.): Sensors and Microsystems: AISEM 2010 Proceedings. Springer, 2011, ISBN 978-94-007-1324-6, S. 259–264 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Gernot Friedbacher, Henning Bubert (Hrsg.): Surface and Thin Film Analysis. 2. Auflage. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-3-527-63694-5, S. 273 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Frank Eggert: Standardfreie Elektronenstrahl-Mikroanalyse. BoD – Books on Demand, 2005, ISBN 978-3-8334-2599-8, S. 12–13.