Charakterisierung von bildgebenden Pixeldetektoren aus Si und CdTe ausgelesen mit dem zählenden Röntgenchip MPEC 2.3

Abstract

In dieser Arbeit wurden Detektoren mit Si- und CdTe-Sensoren aufgebaut, die über die Eigenschaft verfügen, einzelne Photonen durch Zählen nachzuweisen. Als Auslesechip wurde der MPEC 2.3 verwendet, der aus 32 x 32 Pixeln der Größe 200 x 200 μm2 besteht und der sowohl hohe Zählraten verarbeiten kann (1 MHz pro Pixel) als auch über ein geringes elektronisches Rauschen verfügt (55 e-). Messungen und Simulationen bzgl. der Detektorhomogenität werden vorgestellt. Es konnte gezeigt werden, daß das theoretische Maximum der Homogenität erreicht wird (Quanten-Limit). Mittels der Doppelschwelle des MPEC Chips kann der Bildkontrast erhöht werden, was durch Messung und Simulation nachgewiesen wurde. Ebenfalls wurden Multi-Chip-Module aufgebaut und betrieben, die aus 4 MPEC Chips und einem einzelnen Si- oder CdTe-Sensor bestehen. Mit diesen Modulen wurden Modulation-Transfer-Funktionen bestimmt, die ein gutes Ortsauflösungsvermögen der Detektoren nachweisen. Darüberhinaus wurden Multi-Chip-Module nach dem Sparse-CMOS Konzept aufgebaut, deren Verbindungstechnologien getestet und charakterisiert wurden.

Characterization of Si and CdTe imaging pixel detectors operated with the counting x-ray chip MPEC 2.3 Single photon counting detectors with Si- and CdTe-sensors have been constructed and characterized. As readout chip the MPEC 2.3 is used which consists of 32 x 32 pixels with 200 x 200 μm2; pixel size and which has a high count rate capability (1 MHz per pixel) as well as a low noise performance (55 e-). Measurements and simulations of the detector homogeneity are presented. It could be shown that the theoretical maximum of the homogeneity is reached (quantum limit). By means of the double threshold of the MPEC chip the image contrast can be enhanced which is demonstrated by measurement and simulation. Also, multi-chip-modules consisting of 4 MPEC chips and a single Si- or CdTe-sensor have been constructed and successfully operated. With these modules modulation-transfer-function measurements have been done showing a good spatial resolution of the detectors. In addition, multi-chip-modules according to the Sparse-CMOS concept have been built and tests characterizing the interconnection technologies have been performed.