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MPPC の性能評価. 学術創成会議 2007.4.3 筑波大学 須藤 山崎. 基礎特性の評価 まとめ. 評価項目. ILC-11-025M 2006 年 10 月の sample ( 1600-pixel ) Gain, 光子検出効率 , 応答曲線 S10362-11-025U 2006 年 12 月の sample ( 1600-pixel ) Gain, 光子検出効率 , 有感領域. 新しい sample の方が Gain の ΔV に対する変化率は小さく、 Gain も少し低い - PowerPoint PPT Presentation
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MPPC の性能評価
学術創成会議 2007.4.3
筑波大学 須藤 山崎
•基礎特性の評価•まとめ
•ILC-11-025M 2006 年 10 月の sample ( 1600-pixel )
Gain, 光子検出効率 , 応答曲線•S10362-11-025U 2006 年 12 月の sample ( 1600-pixel )
Gain, 光子検出効率 , 有感領域
評価項目
Gain 測定 ( 25℃ )
•新しい sample の方が Gain の ΔV に対する変化率は小さく、 Gain も少し低い
傾き ( ΔGain / ΔV ) 2006.10 ~1.35×105 2006.12 ~1.1×105
光子検出効率測定の Setup
Φ0.5mmBlue LED
光子検出効率 (PDE)~ 1光子の入射に対してそれを検出する確率
MPPC の光子検出効率は、光電子増倍管との応答比から求めた.PDE MPPC =
μMPPC
μPMT
PDEPMT
MPPC
PMT
MPPC,PMT の Pedestal のイベント数からPoisson 分布関数を用いて検出光電子数を求めた。
P0(μ) = e-μ = Npedestal / Nall
μ= -ln( Npedestal / Nall )
MPPC
PMT 0.5 mm 径 ピンホール
Blue LED
:λ~ 500 nmWLSF
μ : Poisson 分布の平均値
PDE測定
WSLF の発光スペクトル
PMT の量子効率分布
( HPK による測定 )•この二つの分布から WLSF に対する PMT のPDEを求めた。
PDE結果
ILC-11-025
2006.10
S10362-11-025U
2007.01
PMT1
PMT2
PMT3
•Gain = 3×105 で PDE は 11~13%
入射光子数に対する応答曲線• PMT を基準に MPPC の応答を調べた
•信号を出した後の回復時間が短い ( < 数 ns ) ?
→ 応答曲線の形は光信号の時間幅に依存する
•オシロの pulse height を用いた場合
•1600 ピクセル相当の出力よりも小さい
•逐次積分型 ADC を用いた場合
•MPPC は pixel 数より大きな出力をかえす
MP
PC
out
put [
pix
els
]
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 200 400 600 800 1000 1200
PMT output [ mV ]
MPPC
out
put
[ pi
xels
]
• ~4ns で鋭いピークが現れる
MPPC
PMT
1600-pixel MPPC
• YAG Laser, = 532 nm• Pulse width ~ 2 nsec• Pulse rate ~ 8 kHz• Spot size ~ 1 m
• 光量 ~ 1 p.e. 以下
LASER を用いた測定 @ KEK-DTP
1600-pixel MPPC の顕微鏡写真
• ピクセルの受光面の形が変化 している
2006.10 の sample は長方形だった
S10362-11-025U ( 2006.12 )
ILC-11-025 ( 2006.10)
有感領域 ( 2006.12 sample )
• 検出光電子数が 50%MAX ≦ の領域を有感領域とすると
有感領域の割合は ~28% ( 2005 冬の sample ~24% )
検出光電子数を用いて有感領域の割合を評価
まとめ
• 2006.10 と 2006.12 に送られた sample の測定を行った
• 新しい sample は Gainの変化率が低くなった• PDEはほぼ変わっていない • 入射光子数に対する応答はピクセルの回復時間
が短いためか、ピクセル数以上の出力が出る →光信号の時間幅によって応答曲線は変化する• 新しい sample は有感領域が拡大されている
疑問
)( oBias VVe
CGain
と表すことができる。
Gainは
C ∝ 有感領域と考えられるが、
新しい sample では有感領域は拡大したが Gainの傾き Cは小さくなったまた PDEは旧 sampleと変わりがない
PDE ∝ 有感領域
左のことはなぜ起こるのか
内部光電効果の確率が減少?
電場の最大値の低下?
高電場領域の縮小?
p-,n+ のドーピング濃度
p,p-,n+ の厚み
クエンチ抵抗
このあたりがまだ良いあんばいではないようだ
今後• 光源の波長を変えて PDE の測定• 新しい sample の基礎特性の評価• 応答曲線についての理解を深める• LASER による基礎特性の測定
Back up
光の広がり
広がりは 0.55mm径
Multi-Pixel Photon Counter (MPPC) ~ シリコン半導体光検出器
~ 1 mm
~ 1 mm 25 m
Depletion region
Substrate
p-
Guard ring n+
Al conductorp n+
Si ResistorBias voltage (70~80 V)
substrate p+
浜松ホトニクスによる P.D.E の測定結果
※λ=400nm, including the cross-talk and after pulse
2005 冬