The response of silicon PNCCD sensors with aluminum on-chip filter to visible light, UV- and X-ray radiation
The response of silicon PNCCD sensors with aluminum on-chip filter to visible light, UV- and X-ray radiation
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带有铝片滤波器的硅 PNCCD 传感器对可见光、紫外线和 X 射线辐射的响应
DOI：
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
S. Granato
中科院分区：
文献类型：
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作者：
S. Granato
Halbleiterdetektoren，wie z.B. PNCCDs，韦尔登，在天文学和电子激光实验中的应用。PNCCD是一种半像素探测器，用于探测辐射的亮度和光谱。对于eROSITA Weltraumberkops的PNCCD摄像机来说，需要一个带滤光片的芯片上的Strahleneintrittsfenster。Dieser Filter schwacht die Intensitat von optischem Licht und UV-Strahlung ab.硅中产生的电子光对放射性同位素的影响将是最小的。一个带有光滤波器的PNCCD将更适合于一般的伦琴天文学。在后续工作中，将使用带滤波器的PNCCD反求功能。这些研究是通过对电子器件传输过程中的光子吸收和发射过程进行分析而得到的。Des Weiteren umfasst sie die experimentelle Charakterisierung der Detektoreigenschaften bezuglich der
Lichtabschwachung sowie der spektralen Verteilungsfunktion und Quantenefizienz fur Rontgenstrahlung. PNCCD是一种通用的分析和测量仪器，它是一种高灵敏度的探测器，在信号的物理过程中具有良好的光效应。
通过对探测器的最佳物理学模拟，获得了韦尔登。在一个巨大的蒙特-卡罗基础上，通过实验数据验证，可以在一个简单的框架内建立起一个稳定的机制。通过对光子吸收和激光吸收的吸收特性的研究，我们可以对PNCCD的辐射特性进行详细的了解。在测试体积中，测试语言韦尔登的结构特征可以通过模型来确定。在此基础上，建立了一个通用的语音分析模型，该模型与eROSITA韦尔登模型相结合。
从天文观测到自由电子激光，有各种科学应用，都使用了像PNCCD这样的X射线半导体探测器。PNCCD是一种像素化的半导体探测器，用于同时进行X射线成像和光谱分析。为eROSITA空间望远镜的七台PNCCD相机设计了包括片上光学阻挡滤光片的辐射入射窗。阻挡滤光片是必要的，以尽量减少电子产生的可见光和紫外辐射影响X射线光谱。具有这种阻塞滤波器的PNCCD迄今为止还没有在天文学中使用。接下来的工作是分析带片上滤波器的PNCCD的响应。这包括光子吸收和发射过程的研究，以及探测器入射窗口内电子的传输。此外，它还包括关于光衰减的探测器特性的实验表征以及它们的X射线光谱再分布功能和量子效率。PNCCD具有揭示所涉及的物理过程的能力，同时也是分析和测量设备的主体。
除了测量的结果，模拟探测器内部的固态物理。Geant 4蒙特-卡罗程序通过对入射窗电荷损失的处理进行了扩展，并通过与实验数据的比较进行了验证。
再现从光子吸收到电荷收集的过程链，这项工作提供了对PNCCD光谱形成的详细理解。测量中观察到的光谱特征归因于它们在探测器内的原点
体积和解释的模型。这项工作的结果允许硅探测器的光谱的高精度分析，例如eROSITA数据，基于所提出的详细的光谱响应模型。
Halbleiterdetektoren, wie z.B. PNCCDs, werden in den unterschiedlichsten wissenschaftlichen Feldern eingesetzt, von astronomischen Beobachtungen hin zu Experimenten an freien Elektronenlasern. Ein PNCCD ist ein pixelierter Halbleiterdetektor zur gleichzeitigen Abbildung und Spektroskopie von Rontgenstrahlung. Fur die sieben PNCCDKameras des eROSITA Weltraumteleskops wurde ein Strahleneintrittsfenster mit einem auf dem Chip aufgebrachtem Lichtfilter entwickelt. Dieser Filter schwacht die Intensitat von optischem Licht und UV-Strahlung ab. Der storende Einfluss der durch Licht generierten Elektronen im Silizium auf die Rontgenspektroskopie wird dadurch minimiert. Ein PNCCD mit einem solchen Lichtfilter wurde bisher noch nie fur die Rontgenastronomie genutzt. In der folgenden Arbeit wird die Antwortfunktion von PNCCDs mit Filter untersucht. Diese Untersuchung beinhaltet die Analyse der Photonenabsorptions- und Emissionsprozesse sowie des Transports von Elektronen im Eintrittsfenster. Des Weiteren umfasst sie die experimentelle Charakterisierung der Detektoreigenschaften bezuglich der
Lichtabschwachung sowie der spektralen Verteilungsfunktion und Quanteneffizienz fur Rontgenstrahlung. Der PNCCD ist hierbei Gegenstand der Analyse und zugleich Messinstrument, da dieser hochsensitive Detektor es ermoglicht, die bei der Umwandlung von Photonen in Signalladung beteiligten physikalischen Prozesse zu untersuchen.
Die Messungen werden durch Simulationen der Festkorperphysik im Detektor erganzt. Ein auf Geant4 basierendes Monte-Carlo Programm wird um die Ladungsverlustmechanismen im Eintrittsfenster erweitert und durch Vergleich mit experimentellen Daten verifiziert. Durch die Nachbildung der Ereigniskette zwischen der Absorption eines Photons und der Ladungssammlung gibt diese Arbeit ein detailliertes Verstandnis der Bildung von Rontgenspektren mit PNCCDs. Die charakteristischen Strukturen in den gemessenen Spektren werden ihrem Entstehungsort im Detektorvolumen zugewiesen und durch das Modell erklart. Auf Basis des vorgestellten Modells erlauben die Ergebnisse dieser Arbeit eine uberaus genaue Analyse von Spektren wie sie in Zukunft mit eROSITA gemessen werden.
There are various scientific applications, from astronomical observations to free electron lasers, that make use of X-ray semiconductor detectors like PNCCDs. The PNCCD is a pixelized semiconductor detector for simultaneous X-ray imaging and spectroscopy. For the seven PNCCD cameras of the eROSITA space telescope, a radiation entrance window including an on-chip optical blocking filter has been designed. The blocking filter is a necessity to minimize electron generation by visible light and UV radiation affecting X-ray spectroscopy. A PNCCD with such a blocking filter has not been used so far in astronomy. The following work deals with the analysis of the response of PNCCDs with on-chip filter. This includes the study of photon absorption and emission processes as well as the transport of electrons inside the detector entrance window. Furthermore it comprises the experimental characterization of the detector properties regarding the attenuation of light as well as their X-ray spectral redistribution function and quantum efficiency. With the ability to reveal the involved physical processes, the PNCCD is subject of analysis and measurement device at the same time.
In addition to the results of the measurements, simulations of the solid state physics inside the detector are presented. A Geant4 Monte-Carlo code is extended by the treatment of charge loss in the entrance window and is verified by comparison with experimental data.
Reproducing the chain of processes from photon absorption to charge collection, this work provides a detailed understanding of the formation of PNCCD spectra. The spectral features observed in the measurements are attributed to their point of origin inside the detector
volume and explained by the model. The findings of this work allow high precision analysis of spectra of silicon detectors, e.g. of the eROSITA data, based on the presented detailed spectral response model.
DOI：
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
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作者：
P. Mele;K. Prassides;C. Tarantini;A. Palau;P. Badica;A. K. Jha;T. Endo
通讯作者：
T. Endo