Promotionsvortrag von Sebastian Pape

Heutige und zukünftige Experimente der Hochenergiephysik stellen immer höhere Anforde­rungen an Teilchendetektoren in Bezug auf ihre räumliche und zeitliche Auflösung sowie ihre Fähigkeit, steigenden Strahlungswerten standzuhalten. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden immer komplexere Detektoren mit immer kleineren Segmentierungen ent­wickelt, die eine präzise Charakterisierung erfordern. Diese Arbeit widmet sich einer neuen Charakterisierungstechnik: der Two Photon Absorption - Transient Current Technique (TPA-TCT); einer Methode zur Charakterisierung von Teilchendetektoren mit dreidimensio­naler Auflösung im Mikrometerbereich. Femtosekunden-Laserlicht mit einer Wellenlänge im quadratischen Absorptionsbereich wird fokussiert, um durch Zwei-Photonen-Absorption in einem Volumen von etwa 75 µm3 um den Brennpunkt herum Überschussladung zu erzeugen. Die Bewegung der Ladungsträger wird untersucht, um Informationen über den Detektor zu erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit werden Detektoren aus Silizium verwendet, um die TPA-TCT zu untersuchen und weiterzuentwickeln. Fad-Detektoren werden untersucht, um grundlegende Studien bezüglich der TPA-TCT durchzuführen. Das Potenzial der TPA-TCT für die Charakterisierung moderner Detektortechnologien wird anhand von Streifen- und monolithische Detektoren demonstriert. Die Anwendbarkeit der TPA-TCT in Neutronen, Protonen und Gamma bestrahlten Detektoren wird gezeigt, und die Auswirkungen von Strahlenschäden auf die Technik werden systematisch untersucht. Die Verringerung der Ladungsvervielfachung in einem Low Gain Avalanche Detector bei zunehmender Ladungs­trägerdichte wird beobachtet und die Rolle der Ladungsträgerdiffusion zur teilweisen Wiederherstellung der Verstärkung wird untersucht. Neue Techniken zur Untersuchung des elektrischen Feldes in komplexen, segmentierten Detektoren werden entwickelt und auf Streifen- und monolithische Detektoren angewandt. Diese Arbeit ebnet den Weg für die TPA-TCT als Methode für die Charakterisierung von Detektoren mit dreidimensionaler räumlicher Auflösung im Mikrometerbereich.

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