title: Radiation Damage Studies of Monolithic Silicon Sensors for Particle and Astroparticle Physics Applications
Creators: name: Berlea, Vlad Dumitru
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: CMOS
subject: Monolithisch
subject: Bildsensor
subject: Strahlenschäden
subject: Strahlungshärte
subject: Bestrahlung
subject: Kosmos
subject: Collider
subject: CMOS
subject: Monolithic
subject: Imaging Sensor
subject: Radiation damage
subject: Radiation hard
subject: Irradiation
subject: Space
subject: Collider
subject: 530 Physik

description: Die Entwicklung und Charakterisierung neuer Detektortechnologien ist ein wichtiger Forschungspfad, um künftige Hochenergie- und Astroteilchenphysikexperimente zu ermöglichen. Sowohl für die raue Strahlungsumgebung moderner Collider-Experimente als auch für die protonen-, elektronen- und schwerionenreiche Umgebung in der äußeren Erdumlaufbahn ist die Strahlungshärte moderner Detektoren eine ihrer wichtigsten Leistungsmerkmale. In dieser Arbeit werden die Strahlungshärte und die Optimierung von Detektoren sowohl für die weltraumgestützte Astroteilchenphysik als auch für moderne Beschleuniger-Experimente untersucht. Im ersten Teil wird die Strahlungshärte der Kamera für die ULTRASAT Weltraummission quantifiziert. ULTRASAT ist ein Weitwinkel-Weltraumteleskop, das tiefe zeitaufgelöste Untersuchungen im nahen ultravioletten Spektrum durchführen wird. ULTRASAT wird vom Weizmann Institute of Science in Israel und der israelischen Weltraumbehörde geleitet und soll 2027 gestartet werden. Die CMOS-Kamera (Complementary Metal Oxide Semiconductor) wurde von DESY entwickelt und gebaut. Die Strahlungshärte der CMOS-Bildsensoren wurde sowohl im Hinblick auf kumulative Effekte als auch auf Einzelereignisse bewertet. Darüber hinaus wird die gemessene Degradation genutzt, um die Auswirkungen auf die Nachweisgrenzen der Kamera abzuschätzen. Im zweiten Teil wird die Strahlungshärte des Depleted Monolithic Active Pixel Sensor Tracker MALTA untersucht. MALTA ist ein Tracking-Sensor, dessen Design für die An-forderungen der äußeren Pixelschicht des ATLAS Inner Tracker ausgelegt ist. Es wurden verschiedene Varianten der Pixelgeometrie und des Siliziumwachstums untersucht, um bessere Tracking-Leistungen für künftige Collider-Experimente zu erzielen.
description: The development and characterization of new detector technologies is an important research path in order to facilitate future high energy and astroparticle physics experiments. For both the harsh radiation environment of modern collider experiments and the proton, electron and heavy ion rich environment in the outer earth orbit, the radiation hardness of modern detectors is one of their most important figures of merit. This thesis explores the radiation hardness and optimization of detectors for both space-borne astroparticle physics and modern collider experiments. In the first part, the radiation hardness of the ULTRASAT space mission's camera is quantified. ULTRASAT is a wide-angle space telescope that will perform deep time-resolved surveys in the near ultraviolet spectrum. ULTRASAT is led by the Weizmann Institute of Science in Israel and the Israel Space Agency and is planned for launch in 2027. The Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) camera was designed and built by DESY. The radiation hardness of the CMOS Imaging Sensors was evaluated in terms of both cumulative damage and single event effects. Furthermore, the measured degradation is used to estimate the impact on the detection limits of the camera. In the second part, the radiation hardness of the depleted monolithic active pixel tracker MALTA is investigated. MALTA is a tracking sensor with a design that targets the ATLAS Inner Tracker outer pixel layer requirements. Several pixel geometries and silicon growing variations have been investigated in order to achieve better tracking performances for the future collider experiments.