Sistema di rivelatori in CDTE e CDZNTE ed elettronica di reat-out a basso rumore per imaging spettroscopico di radiazione X e Gamma : studio e caratterizzazione sperimentale

Questa tesi si colloca all’interno del progetto di ricerca Spectroscan, che ha come obiettivo la realizzazione di un sistema di imaging spettroscopico per radiazione x e gamma in grado di riconoscere la composizione dei materiali esaminati. Nello specifico il lavoro di tesi ha riguardato la caratterizzazione sperimentale e lo studio di moduli di rivelazione composti da due rivelatori a pixel in CdTe o CdZnTe e da un’elettronica di front-end (ALTAIR ASIC) a minimo rumore e basso consumo di potenza. Per poter contestualizzare i risultati, si fornisce una panoramica sullo stato dell’arte dei rivelatori in CdTe e CdZnTe, mostrando le peculiarità di questi semiconduttori composti. La caratterizzazione sperimentale dei moduli è stata condotta acquisendo spettri di radiazione in diverse condizioni operative per valutare l’effetto sulle prestazioni del sistema causato dalla variazione di alcuni parametri, come tensione di polarizzazione, temperatura e tempo di formatura dei segnali, permettendo così di identificare il punto di lavoro che garantisce la migliore risoluzione energetica. Sono state eseguite ulteriori analisi più approfondite per qualificare il comportamento dei pixel di ciascun rivelatore e anche per stimare l’impatto sulla risoluzione energetica del sistema dovuto a effetti indesiderati come ad esempio i fenomeni di polarizzazione, uno dei problemi tipici dei rivelatori in CdTe. Particolare attenzione è stata posta nello studio dell’efficienza di collezione di carica permettendo di individuare fenomeni di intrappolamento di carica causati dalla presenza di difetti e impurezze nel rivelatore. Oltre ad analizzare i dati sperimentali con la legge di Hecht classica, si sono applicate alcune teorie più avanzate che descrivono al secondo ordine la fisica del dispositivo e permettono di ricavare in modo non distruttivo parametri legati alla qualità del cristallo. La caratterizzazione e lo studio hanno permesso di operare un confronto, a parità di elettronica di read-out, tra rivelatori CdTe e CdZnTe.