Ziel der Entwicklung
Ziel dieses Projektes war es, die Strahlenhärte von hochohmigen n-in-p Siliziumdetektoren wesentlich zu erhöhen.
Es waren verschiedene Maßnahmen des Defektengineerings, besonders Sauerstoffanreicherung, Bor-, Gallium- und Indium-dotierung, auf Testdetektoren anzuwenden.
Die erstellten Testdetektoren waren bzgl. ihres Verhaltens vor und nach verschiedenen Bestrahlungen zu untersuchen Dabei war das Ziel, die Defekt zu identifizieren, die wesentlichen Ein-fluss auf die Entwicklung der Strahlenhärte und Veränderung der elektrischen Eigenschaften haben, sowie deren Defektkinetik weiter aufzuklären.
Dafür waren Analyseverfahren zu adaptieren, besonders die Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie und der entsprechende Versuchsaufbau auf die Defektuntersuchungen auszurichten.
Vorteile und Lösungen
Die Prozessierung repräsentativer Testdetektoren wurde um Defektengineeringmaßnahmen im Prozess erweitert. Diese waren mit der Prozessführung abzustimmen. Eine weitere technologische Variation wurde mittels unterschiedlicher Temperaturkurven (Höhe, Verlauf, Dauer) bei der Aktivierung der implantierten Dotanten vorgenommen, um das Verhalten der der durch Strahlung erzeugten Defekte und deren Kinetik in Abhängigkeit der Dotantenkonzentration zu untersuchen.
Das CiS hat durch Sauerstoffanreicherung in n-Typ Siliziumdetektoren b ereits eine deutliche Steigerung der Strahlenresistenz unter Beibehaltung der Detektorausgangsqualität erreicht. Diese Prozesse wurden modifiziert auf p-Typ Siliziumwafern angewendet und durch Analyse der elektrischen Qualität des Siliziums an Hand von Ladungsträgerlebensdauermessungen überprüft. Die Sauerstoffkonzentration und die Sauerstoffkonfiguration wurde mittels Tieftemperatur FTIR Messungen ermittelt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse wurden genutzt, um auch die Strahlenhärte von n-in-p Siliziumdetektoren wesentlich anzuheben.
Die elektrischen und Detektionseigenschaften waren min-destens gleichwertig zu den p-in-n Detektoren.
Dadurch wird ermöglicht, die Detektoren auch bis zu sehr hohen Fluenzen, wie sie beispielsweise in den neuen Hochenergiephysik-Experimenten projektiert wurden, wesentlich länger zu betreiben.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Projektergebnisse gehen als Verfahren bei der Entwicklung und Herstellung von Siliziumdetektoren für die verschiedensten Applikationen, wie Spurverfolgung, bildgebende Verfahren, Nachweis spektraler Eigenschaften, Partikelanzahl oder Intensität ein.
Potenzielle Markteinsatzfelder sind: Grundlagenforschung: Hochenergiephysik, Schwerionenphysik, Synchrotronstrahlungsexperimente, XFEL und andere / Medizin, Pharmazie: Radiographie, Krebserkennung, Vorsorgeuntersuchungen / Weltraumforschung/Astronomie, Klimaforschung / Materialanalyse: zerstörungsfreie Untersuchung / Labortechnik: Analyse von Proben, Tracer, … / Sicherheitstechnik: Personen-Dosimeter, Personen- und Frachtkontrolle / Umweltschutz: Reaktorsicherheit (Kernkraftwerke) / Biochemie.
Die größten industriellen Endkundenmärkte liegen derzeit im Bereich Medizin, Rohstoffe, Recycling, Sicherheitstechnik, Umweltschutz und Reaktorsicherheit. Weitere potenzielle Kunden sind CERN (European Organization for Nuclear Research) Schweiz, Projekte: ATLAS, CMS, ALICE (upgrades) und weitere Experimente / zukünftiger Elektron-Positron-Linearcollider / Auf dem Gebiet der HEP-Anwendungen gibt es weitere Interessenten; zum Beispiel SLAC National Accelerator Laboratory Stanford, BNL Brookhaven National Laboratory Upton, USA. / Weltraum- und Klimaforschung / Prototonentherapie
Mit der Erweiterung der Produktpalette durch Anwendung der Ergebnisse auch auf andere Sensortypen, zum Beispiel Silizium-Röntgendetektoren / X-Ray-Detektoren und Photodioden können weitere Kunden gewonnen und neue Marktsegmente erschlossen werden.
