Streszczenie  9
Summary  11
Spis oznaczeń  13
1. Wprowadzenie  15
2. Oddziaływanie promieniowania z materią i generacja ładunku elektrycznego w detektorze  20
2.1. Cząstki jonizujące – straty energii i zasięg  21
2.2. Oddziaływanie elektronów (promieniowania β)  23
2.3. Oddziaływanie promieniowania α  25
2.4. Oddziaływanie fotonów (promieniowania γ)  26
2.5. Absorpcja promieniowania X  28
3. Detektory MAPS – wprowadzenie  30
3.1. Idea wczesnej wersji detektora MAPS  31
3.2. Przykładowy detektor MAPS zbudowany do pracy w eksperymencie fizycznym  34
3.3. Ograniczenia i perspektywy zastosowań detektorów MAPS poza śledzeniem torów cząstek  34
4. MIMOSA V – detektor MAPS używany w fazie demonstracji  37
4.1. Motywacja do badań nad wersją detektora MIMOSA V zmodyfikowaną przez ścienianie  37
4.2. Detektor MAPS MIMOSA V  39
4.2.1. Architektura układu MIMOSA V  39
4.2.2. Sposób odczytu układu MIMOSA V  44
5. Przystosowanie i wykorzystanie detektora MAPS do obrazowania przy wykorzystaniu niskoenergetycznych elektronów  47
5.1. Detektor MAPS przystosowany do detekcji niskoenergetycznych elektronów  47
5.2. Kalibracja wzmocnienia ścienionego detektora  50
5.3. Obrazowanie przy wykorzystaniu niskoenergetycznych elektronów w testowym systemie HPD  56
5.3.1. Opis testowego systemu HPD  56
5.3.2. Wyniki otrzymane w testowym systemie HPD  58
5.4. Autoradiografia źródła radioaktywnego nasyconego trytem  64
5.4.1. Przegląd dotychczasowo stosowanych metod detekcji cząstek β emitowanych przy rozpadzie trytu  64
5.4.2. Symulacja generacji sygnału  65 
5.4.3. Źródło 3 H, stanowisko testowe i organizacja testów  67
5.4.4. Wyniki autoradiografii i ich dyskusja  69
5.5. Bezpośrednia detekcja elektronów w mikroskopie elektronowym  71
5.5.1. Przegląd dotychczas stosowanych metod rejestracji obrazów w mikroskopie elektronowym  72
5.5.2. Dwa podejścia do rejestracji obrazów w mikroskopii elektronowej  74
5.5.3. Motywacja do przeprowadzenia testów dwóch wersji układu MIMOSA V zainstalowanych w mikroskopie elektronowym  75
5.5.4. Opis systemu testowego i montażu detektora w mikroskopie elektronowym  76
5.5.5. Testy układu MIMOSA V wykonane w skaningowym mikroskopie elektronowym  77
5.5.5.1. Podział ładunku między sąsiednimi pikselami  77
5.5.5.2. Rozdzielczość przestrzenna – pomiar PSF  79
5.5.5.3. Widma energetyczne pojedynczych elektronów  80
5.5.6. Testy układów MIMOSA V wykonane w transmisyjnym mikroskopie elektronowym  83
5.5.6.1. Rejestracja obrazów transmisyjnych  83
5.5.6.2. Obrazy wzorów dyfrakcyjnych  84
5.5.6.3. Widma energetyczne pojedynczych elektronów  86
5.5.6.4. Analiza rozdzielczości przestrzennej – MTF  90
5.5.7. Zniszczenia radiacyjne i kwestia odporności detektora  97
6. Uzupełniające testy układu MIMOSA V wykonane przy użyciu wiązki synchrotronowego promieniowania X  99
6.1. Motywacja do przeprowadzenia eksperymentu z detektorem MIMOSA V  100
6.2. Instalacja detektora MIMOSA V na wiązce  101
6.3. Testy obrazowania przy użyciu promieniowania X  101
6.3.1. Obrazowanie fragmentu kości z implantem  102
6.3.2. Obrazowanie obiektu zawierającego elementy różnej gęstości na przykładzie obrazu insekta  104
6.4. Testy możliwości liczenia fotonów X  105
7. Wpływ promieniowania na detektor oraz konstrukcja diod zbierających ładunek o zredukowanym prądzie upływu i zwiększonej odporności na promieniowanie  110
7.1. Ogólny podział efektów radiacyjnych  111
7.2. Ustalenia dotyczące odporności radiacyjnej detektorów MAPS  112
7.3. Sposoby wpływania na odporność urządzeń półprzewodnikowych na promieniowanie  114
7.4. Struktury diod zbierających ładunek w detektorze MAPS charakteryzujące się obniżonym prądem upływu  115
8. MIMOTERA – układ detektora MAPS przeznaczony do monitorowania w czasie rzeczywistym wiązki w terapii hadronowej  119
8.1. Szczegóły projektu układu MIMOTERA  119 
8.1.1. Założenia projektowe i specyfikacja parametrów projektowanego układu MIMOTERA  120
8.1.2. Struktura i projekt układu MIMOTERA  122
8.1.3. Szczegółowy opis architektury układu MIMOTERA  125
8.1.4. Szczegóły budowy piksela  129
8.2. Wyniki testów układu MIMOTERA  130
8.2.1. Przybliżona kalibracja wzmocnienia konwersji ładunku na napięcie  131
8.2.2. Wyniki testów przy stymulacji laserem  132
8.2.3. Wyniki testów na wiązce protonów z cyklotronu  133
9. Monolityczne detektory pikselowe w zaadaptowanych technologiach CMOS  137
9.1. Przykład zmodyfikowanej technologii na jednolitym podłożu półprzewodnikowym do budowy detektora MAPS  138
9.2. Idea monolitycznego detektora pikselowego w zaadaptowanej submikronowej technologii Silicon–on–Insulator CMOS  140
9.3. Szczegółowy opis procesu SOI użytego do wytwarzania układów MAMBO  142
9.4. Projekty układów MAMBO – prototypowe detektory SOI  144
9.4.1. Szczegóły projektu pojedynczego piksela  147
9.4.2. Testy toru analogowego przetwarzania sygnału w pikselu  159
9.5. Postulaty polepszenia wyjściowego procesu SOI do budowy detektorów pikselowych  165
9.5.1. Wprowadzenie grubej warstwy SOI  166
9.5.2. Wprowadzenie zagnieżdżonych studni BNW i BPW  167
9.5.3. Projekt i testy pierwszego układu MAMBO wykorzystującego system zagnieżdżonych studni BNW i BPW  172
10. Podsumowanie  181
11. Zakończenie: dalsze kierunki prac i podziękowania  188
11.1. Dalsze kierunki prac  188
11.2. Podziękowania  191
Literatura  193