KIP-Veröffentlichungen

Bei der Suche nach seltenen Ereignissen, spielt die Reduzierung des Hintergrund die wichtigste Rolle. Eine gleichzeitige Messung von Photonen und Phononen nach einer Teilcheninteraktion in einem szintillierenden Kristall welcher bei tiefen Temperaturen betrieben wird, ermöglicht eine effektive Teilchenidentifizierung. Die Lichtausbeute, das ist das Verhältnis von entstehendem Licht zu entstehender Wärme, ist von der Masse des ereigniserzeugenden Teilchens abhängig. Dieser Ansatz wird unter anderem bei der Suche nach dem neutrinolosen doppelten Betazerfall sowie für einen direkten Nachweis von dunkler Materie genutzt. Ein bereits für das AMoRE-Experiment, welches szintillierende Kristalle auf der Suche nach dem 0νββ Zerfall einsetzt, entwickelter Photon-Phonon Detektor wurde im Rahmen dieser Arbeit hergestellt. Das Design, die Herstellung und eine erste Charakterisierung des P2-Detektors, ein auf einem 3'' Siliziumwafer hergestellter Photon-Phonon Detektor. Der P2-Detektor besteht aus einer Silizum-Absorberinsel mit einer Fläche von 1170 mm², welche durch geätzte Schlitze vom Rest des Wafers getrennt ist, und 41 metallischen magnetischen Kalorimetern (MMCs) welche auf der Insel platziert sind. Zudem befinden sich drei MMCs auf dem äußeren Teil des Wafers, die mit dem szintillierenden Kristall verbunden sein werden. Im besonderen beruht der Detektor auf der Möglichkeit durch den Wafer durchzuätzen. Daher wurde ein Silizium-Tiefätzprozesses bezüglich der Ätzrate und der Direktionalität optimiert. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal ein P2- Detektor mit den geätzten Schlitzen produziert. Der hergestellte Detektor wurde in einem dafür vorgesehenen Halter platziert und bei mK charakterisiert.

The background reduction plays the most important role in the search for rare events. A simultaneous measurement of photons and phonons produced after a particle interaction in a scintillating crystal operated at low temperatures allows for an efficient particle identification. This is due to the fact that the light yield that is the ratio of the produced light and the produced heat, depends on the mass of the interacting particle. This approach can be used for neutrinoless double beta decay searches as well as for direct detection of dark matter. An integrated photon and phonon detector developed for the AMoRE experiment which uses the approach of scintillating crystals for the 0νββ search in ¹⁰⁰Mo was fabricated. The design, fabrication and first characterization of an integrated photon and phonon detector, the P2 detector, are discussed. The P2 detector is fabricated on a 3'' silicon wafer and consists of a silicon absorber island with a surface area of 1170 mm² which is thermally isolated from the outer part of the wafer by etched trenches and 41 sandwich-design metallic magnetic calorimeters (MMCs) on top of the island. In addition, three MMCs are located on the outer part of the wafer to which the scintillating crystal will be connected. In particular the detector relies on the possibility to deep etch through the silicon wafer for the definition of the detector absorber volume. For that a dedicated silicon deep reactive-ion etching process has been optimized in terms of etch rate and directionality. For the first time a P2 detector has been successfully fabricated including the deep-etched trenches. The produced wafer was mounted in a dedicated setup and characterized at mK temperatures.