Stickstofffreie Detektoren SDD

Stickstofffreie Detektoren SDD

Bei den Silizium Drift Detektoren ist durch die Verringerung der Eingangskapazität des Vorverstärkers das energetische Auflösungsvermögen entscheidend verbessert (eine kleine Eingangskapazität ist mit einem geringen Rauschen und einem großen Signal-Rausch-Verhältnis verbunden). Dies wurde durch die Integration des Eingangs-Feldeffekttransistor (JFET) direkt auf dem Detektor Chip erreicht. Hierbei ist der JFET in der Mitte oder am Rand des Kristalls integriert und ermöglicht die hervorragende Energieauflösung.

An Vorder- und Rückseite wird an eine Sperrschicht eine Spannung angelegt. Wenn ein Röntgenquant auf die aktive Detektorfläche triff entsteht eine Wolke aus Elektronen, die durch ein elektrisches Feld getrennt wird. Hierbei wandern die positiv geladenen Leerstellen zur Elektrode (back) und die Elektronen driften entlang der Potentiallinie zur Anode. Die so entstehenden Signale werden sofort vom Vorverstärker registriert. Die extrem niedrige Detektorkapazität und die Seitwärtsverarmung des Detektorvolumens in Zusammenhang mit der integrierten Driftstruktur, ermöglichen eine sehr schnelle Signalverarbeitung. Die Kühlung des Detektors erfolgt über eine integrierte Peltier-Kühlung (ca. -20°), welche vibrationsfrei und ohne Kühlmittel arbeitet. Als Fenstermaterial werden ultradünne Kunststofffolien eingesetzt.

Abb.: Aufbau eines SDD-Kristalls, links FET in der Mitte und rechts am Rand

In der Abbildung 2 treffen drei Röntgenquanten die Detektorfläche zur selben Zeit, an unterschiedlichen Positionen. Hierdurch entstehen drei Ladungswolken (e/h-Paare), welche durch ein elektrisches Feld separiert werden. Die positiv geladenen Löcher (rot) wandern    zur Elektrode und die Elektronen (blau) driften entlang der Potentiallinien zur Anode.

Abb. 2: Verarbeitung der Signale im SDD-Detektor

 

Das 1. Röntgenquant wir sofort vom Vorverstärker aufgenommen. Da es nicht driften muss, ist die Aufnahmezeit sehr kurz. Die Elektronen Nr. 2 und Nr. 3 haben einen längeren Driftpfad bis zur Anode und somit ist auch die Zeit bis zur Aufnahme länger.

Abb. 3: Aufnahmezeit der einzelnen Signale