Siliziumdetektoren
Was hat ein Krebstumor mit dem Higgs-Teilchen zu tun? Beide benötigen zur Untersuchung bzw. zum Nachweis sehr präzise Detektoren. Ziel dieses Projekts war es, gemeinsam mit dem Industriepartner Infineon, solche hochpräzisen, strahlenharten und alterungsresistenten Siliziumdetektoren zu entwickeln. Diese sollen sowohl in der Teilchenphysik als auch in der bildgebenden medizinischen Diagnostik eingesetzt werden können.
Die Herstellung solcher Teilchendetektoren ist eine herausfordernde Aufgabe, obwohl die zugrundeliegenden Prozesse ähnlich zu denen sind, welche bei der Herstellung von integrierten elektronischen Schaltungen ("Chips") verwendet werden. Da jeder Detektor im Vergleich zu den üblichen Chips aber fast die gesamte Fläche eines Siliziumwafers einnimmt, sind hier viel höhere Qualitätsanforderungen notwendig.
Bisher waren daher nur wenige AnbieterInnen in der Lage, Detektoren in der benötigten Qualität und den geforderten Produktionsmengen herzustellen.
Im Rahmen dieses Projekts war es nun erstmals möglich, solche Detektoren auf 8 Zoll großen Siliziumscheiben herzustellen. Dies stellt ein Novum auf dem Gebiet dar und erzeugte weltweite Aufmerksamkeit in der Scientific community.
Der durch das Projekt finanzierte Doktorand konnte die Funktionalität der Detektoren in Bezug auf ihre ungewöhnlichen Einsatzgebiete überprüfen. Dabei handelt es sich um die Bestrahlung mit geladenen und neutralen Hadronen, wie sie normalerweise in einem Teilchenphysik-Experiment auftreten bzw. die Funktionskontrolle mittels radioaktiver Quellen oder einem Teilchenstrahl. Das sind Aufgaben, welche der Industriepartner mangels Zugang zu Bestrahlungseinrichtungen und Teilchenstrahlen nicht in der Lage ist selbst durchzuführen und mit welchen wir zeigen konnten, dass sich die gebauten Detektoren erwartungsgemäß verhalten.
Durch diese Arbeit haben sich auch neue Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen eröffnet. So wurde z.B. ein neuartiges Detektorsystem des CMS Experiments (das sogenannte "High Granularity Calorimeter") speziell auf die Nutzung von 8-Zoll großen Siliziumsensoren hin optimiert. Da sich die Bauweise dieser Sensoren in gewissen Aspekten aber fundamental von den bisher entwickelten unterscheidet, ist weitere Forschungsarbeit notwendig, dieses Detektorkonzept ebenfalls zur Serienreife zu bringen. Dieses Thema wird in einem Nachfolgeprojekt näher erforscht.
Ein wichtiger Schritt, um die Anwendbarkeit der Detektoren in der bildgebenden medizinischen Diagnostik bei Hadronentherapieeinrichtungen zu demonstrieren, war der erste Einsatz eines im Rahmen dieses Projekts entwickelten Detektors in einem sogenannten „Testbeam Experiment" bei MedAustron in Wiener Neustadt. Damit konnte gezeigt werden, dass die Detektoren sowohl den Ort, als auch die Energie der einfallenden Protonen präzise messen können.
Der durch die FFG-Förderung finanzierte Student hat unmittelbar nach Abschluss seiner Dissertation eine Stelle beim Industriepartner Infineon begonnen, was durch die enge Zusammenarbeit im Rahmen dieses Projekts ermöglicht wurde.
Das Projekt "Siliziumdetektoren" wurde an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften Wien im Institut für Hochenergiephysik in Kooperation mit Infineon durchgeführt.