Development of a low noise integrated readout electronic for pixel detectors in CMOS technology for a Compton camera

Abstract

Semiconductor detectors are very popular, particularly for their good energy resolution and their easy handling. Combined with a two dimensional spatial resolution such a detector is predestined to realise an active collimation in a Compton camera for medical applications. To measure the deposited energy in each channel (pixel), a self-triggering integrated electronic has been developed, which is directly bonded on top of the detector. The design of the low noise readout electronic ('Ramses') for a 32 x 32 matrix of 150 µm x 150 µm pixels, the layout and measurements are presented. Closest attention is paid to silicon detectors, which are favoured for Compton scattering with regard to Doppler effect. Nevertheless the electronic chip is also designed to measure the energy deposited by photo absorption in a detector material with higher atomic numbers (GaAs, CdTe).

Halbleiterdetektoren sind weit verbreitet, insbesondere auf Grund ihrer hervorragenden Energieauflosung und einfachen Handhabbarkeit. Gepaart mit einer zweidimensionalen Ortsauflosung sind sie insbesondere prädestiniert, eine aktive Kollimation, wie beispielsweise innerhalb einer Compton-Kamera zur medizinischen Diagnostik, zu implementieren. Um die Energieinformation eines jeden Kanals (Pixels) zu gewinnen, ist eine selbsttriggernde, integrierte Elektronik entwickelt worden, die direkt auf den Detektor aufgebracht wird. Im folgenden werden sowohl die Konzepte der r auscharmen a nalogen Pixel m atrix- S ignalverarbeitungs e lektronik aus S iegen ('Ramses') für eine 32 x 32 Matrix, basierend auf 150 μm x 150 μm großen Pixeln, als auch deren layout-technische Umsetzung sowie Messungen präsentiert. Das Hauptaugenmerk richtet sich dabei auf Siliziumdetektoren, die hinsichtlich des Doppler-Effektes das Material der Wahl für den Comptoneffekt darstellen. Der gleiche Elektronikchip ist auch geeignet, die Energie bei Photoabsorption in Detektormaterialien mit hoherer Kernladungszahl (GaAs, CdTe) zu bestimmen.