Ein neues ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) mit pn-Dioden-Elektroden an Stelle von MOS-Strukturen (metal oxide semiconductor) wird vorgestellt; das CCD wird in Wolter-Teleskopen in der Brennpunktebene eingesetzt, die zur Messung von Röntgenstrahlen mit Photonenenergien von 100 eV bis 15 keV für die Satelliten-Mission XMM (X-ray Multi Mirror) bestimmt sind. Ein Detektor besteht aus einer Anordnung von 12 CCD-Einheiten, die je eine Fläche von 3 cm x 1 cm besitzen, die in Pixel aufgeteilt ist ((150 Mikrometer)2) sowie 200 Zeilen und 64 Kanäle aufweist. Die Ableseelektronik umfaßt einen verstärkenden Eingangs- und einen Rückhol-JFET (junction field effect transistor); die Ablesezeit für die gesamte Fläche der CCD-Einheit liegt unter 5 ms. Mit Hilfe eines CMOS-VLSI-Chips (complementary metal oxide semiconductor - very large scale integration), eines Analog-Digital-Wandlers (10 MHz, 12 Bit) und eines Digitalfilters werden eine Ablesegeschwindigkeit von 1x106 Pixel/s und eine ungeteilte Signalerfassung pro Pixel von 70 % erreicht; die Integrationszeit beträgt 75 ms. Durch die vollständige Ausschöpfung bietet die pn-CCD-Einheit gegenüber einer MOS-Struktur die Vorteile einer hohen Anzeigeausbeute, eines sehr dünnen Eingangsfenster, einer großen Unterdrückung des Ladungshintergrundes und einer guten Strahlungsfestigkeit. In einer Testaufnahme zeigt das 55.Fe-Spektrum die Mn-Kalpha- und die Mn-Kbeta-Linie, von denen die Mn-Kalpha-Linie eine Bandbreite (FWHM = full width at half maximum) von 148 eV bei 150 K aufweist; die Ladungsübertragung ist gut. Die Äquivalenz-Rausch-Ladung des elektronischen Systems liegt bei 7 eV. Die Quantenausbeute fällt für Photonenenergien unter 1000 eV deutlich ab. Ursächlich dafür ist die tote Schicht der pn-CCD-Einheit, deren Dicke gegenüber alten Versionen schon merklich reduziert ist. Bei Photonenenergien von über 1000 eV werden Quantenausbeuten von knapp unter 1,0 erreicht.
The pn-CCD as focal plane detector for the XMM satellite mission
Das ladungsgekoppelte pn-Bauelement als Detektor in der Brennebene für die XMM-Satelliten-Mission
1996
4 Seiten, 5 Bilder, 7 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Englisch
ladungsgekoppeltes Bauelement , Brennfläche , Strahlungsdetektor , Satellit , Spiegelsystem , Röntgenstrahlung , Auflösungsvermögen , Halbleiterdiode , pn-Übergang , Photonenzähler , Strahlungsfestigkeit , Bildpunkt , Sperrschicht-FET , komplementäre MOS-Schaltung , VLSI-Schaltung , Multiplexer , Analog-Digital-Umsetzung , FIFO-Speicher , Digitalfilter , Datenerfassung , Ladungsübertragung , Speicherring , Bandbreite (Frequenz) , Quantenausbeute
Star tracker focal plane evaluation for the JIMO mission
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