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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-78584
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/7858/


Sorgenfrei, Ralf

Wachstum polykristalliner CdTe-Schichten auf dem Medipix2 Pixeldetektorchip

Growth of polycrystalline CdTe films on the Medipix2 pixel detector chip

Dokument1.pdf (34.581 KB) (md5sum: faa26a5236a4377effb56fd2dd8b219e)

Kurzfassung in Deutsch

In der vorliegenden Arbeit wird die direkte Abscheidung von dicken CdTe - Schichten aus der Gasphase auf eine Pixelauslese - Elektronik zur Herstellung eines Röntgenbilddetektors untersucht. CdTe eignet sich infolge seines hohen Absorptionsquerschnitts für ionisierende Strahlung und einer Bandlücke von 1,5 eV, die sowohl einen hohen spezifischen Widerstand, als auch eine geringe Elektron - Lochpaar Bildungsenergie ermöglicht, hervorragend für die Verwendung als direktes Sensormaterial. Zur effizienten Strahlungsdetektion von Röntgenquanten bis 60 keV sind hierzu Schichtdicken von idealerweise 300 - 600 µm angestrebt.
Die Schichtabscheidung erfolgte mittels Molekularstrahlepitaxie, wobei die Anlage für die Verbesserung der Materialausbeute bei hohen Wachstumsraten modifiziert wurde. Das Schichtwachstum erfolgte sowohl auf Blindsubtraten (oxidierte Silizium - Wafer), als auch direkt auf dem Medipix2 - Pixeldetektorchip. Mit Hilfe der Blindsubstrate wurden geeignete Wachstumsparameter für die spätere Direktabscheidung auf dem Medipix2 - Chip ermittelt. Zwischen den Wachstumsparametern und den resultierenden strukturellen und elektrischen Eigenschaften der CdTe - Schichten wurde ein umfassender Zusammenhang erarbeitet. Es wurde weiterhin gezeigt, dass die Kontaktierung der polykristallinen CdTe - Schichten eine Schlüsselrolle in der Herstellung detektorfähiger Sensorschichten einnimmt. So wurde beobachtet, dass Kontakte, die für einkristallines CdTe seit Jahrzehnten erfolgreich verwendet werden, bei polykristallinen Schichten nicht langzeitstabil sind. Da die Kontakte für Detektoranwendungen nicht injizieren dürfen, wurden die Schichten mit einer asymmetrischen Schottky - Kontaktierung versehen. Schichten, die im ermittelten Wachstumsfenster gewachsen wurden, zeigen einen spezifischen Widerstand von (3,85 +/- 0,03) x 10^(8) Ohmcm, sowie µt - Produkt der Löcher von (2,01 +/- 0,07) x 10^(-7) cm^(2)V^(-1). Dabei wurden Schichtdicken bis einschließlich 220 µm Dicke erreicht. Die mittels der Blindsubstrate gewonnenen Erkenntnisse wurden auf das Wachstum auf einer realen Auslese - Elektronik übertragen. Dabei ist es in dieser Arbeit erstmals gelungen, dicke, detektorfähige CdTe - Schichten direkt auf einer Auslese - Elektronik abzuscheiden. Mit dem so hergestellten Röntgenbilddetektor konnte ein Röntgenbild mit hoher Ortsauflösung (>5 lp/mm) aufgenommen werden.


Kurzfassung in Englisch

This work investigates the vapour growth of CdTe thick films directly on a pixel readout-electronics to prepare an X-ray imaging detector. CdTe is well suited for the application as directly converting sensor material, due to its high stopping power for ionizing radiation, the bandgap energy of 1.5 eV and its low electron hole pair creation energy. In order to have good detection properties of X-ray energies up to 60 keV, a film thickness of 300 - 600 µm is desirable. The film deposition was done by molecular beam epitaxy technique, which has been modified to increase the material yield at high growth rates. The film growth has been done on dummy substrates (oxidized silicon wafers) and on the Medipix2 readout chip. A comprehensive relation of growth parameters and resulting structural and electrical properties has been worked out. It is demonstrated, that the application of electrical contacts on polycrystalline CdTe films is a key issue for the preparation of detectorgrade sensor films. It was observed, that contacts, routinely applied on single crystalline CdTe for decades, are not long-term stable on polycrystalline films. Since the contacts should not inject charge carriers, the films were contacted with an asymmetric Schottky structure. Films grown in the ascertained growth window show a specific resistance of (3.85 +/- 0.03) x 10^(8) Ohmcm and a µt-product of holes of (2.01 +/- 0.07) x 10^(-7) cm^(2)V^(-1). Film thicknesses up to 220 µm inclusively, were obtained by using dummy substrates. At least, these results have been transferred to the growth on a real readout-electronics. In this work, a detectorgrade CdTe thick film has been grown successfully on a readout-electronics for the first time. With this detector, an X-ray image with high spatial resolution (>5 lp/mm) could be recorded.


SWD-Schlagwörter: Molekularstrahlepitaxie , Röntgendetektor , Schichtwachstum , Cadmiumchalkogenide , Pixeldetektor
Freie Schlagwörter (englisch): Molecular Beam Epitaxy , X-ray detector , thick film , CdTe , pixel detector
PACS Klassifikation 81.15.Hi;
Institut: Freiburger Materialforschungszentrum
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Fiederle, Michael (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 16.11.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 03.01.2011
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