KIP-Veröffentlichungen

Die hier vorliegende Diplomarbeit behandelt die Entwicklung und Charakterisierung des Prototyps eines Arrays metallischer magnetischer Kalorimeter für die hochauflösende Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie an schweren hochgeladenen Ionen. Ein metallisches magnetisches Kalorimeter verwendet als Temperatursensor eine paramagnetische Legierung, die sich in einem schwachen Magnetfeld befindet. Ein Energieeintrag durch Absorption eines Photons führt zu einer Temperaturerhöhung im Sensor. Als Folge dessen nimmt die Magnetisierung des Sensors ab. Diese Magnetisierungsänderung wird mit rauscharmen dc-SQUID-Magnetometern ausgelesen und dient als Maß für die deponierte Energie.

Unter Berücksichtigung aller bisher bekannten Rauschbeiträge und der erwarteten Signalform wurde über eine numerische Optimierungsrechnung der Detektor auf die hier genannte Anwendung optimiert. Die Detektor-Arrays wurden über einen Sechs-Lagen-Prozess mit Methoden der Mikrostrukturierung und Galvanik auf Silizium-Substraten hergestellt. Zur Charakterisierung des Detektors wurde die Temperaturabhängigkeit der Magnetisierung der paramagnetischen Sensoren bestimmt und Röntgenquanten einer ⁵⁵Fe-Quelle nachgewiesen. Die beobachteten Signalformen, das Rauschen des Detektorsignals und die resultierende Energieauflösung des Detektors werden präsentiert und diskutiert.

This diploma thesis discribes the development and characterization of a prototype array of metallic magnetic calorimeters for the high-resolution x-ray spectroscopy of heavy, highly-charged ions. A metallic magnetic calorimeter uses a paramagnetic material positioned in a weak magnetic field as a temperature sensor. The deposition of energy in the detector caused by the absorption of a photon results in an increase of the temperature of the sensor. As a consequence, the magnetization of the sensor decreases. This change of magnetization is read out using low-noise dc-SQUID magnetometers and is used as a precise measure of the deposited energy.

Accounting for all presently known contributions to the detector noise and for the expected signal shape, the detector was numerically optimized for the application mentioned above. The detector arrays were produced on silicon substrates in a six-layer process by means of microfabrication and electro-deposition. In order to characterize the detector, the temperature dependence of the sensor magnetization was measured and x-rays of a ⁵⁵Fe source were detected. The observed signal shapes, the noise of the detector signal and the resulting energy resolution of the detector will be presented and discussed.