SiPM
Această intrare sau secțiune despre subiectul fizicii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
SiPM , sau fotomultiplicator de siliciu , este un tip de fotomultiplicator de siliciu .
Constructie
Spre deosebire de fotomultiplicatorii tradiționali (PMTs sau Photomultiplier Tubes ), construiți cu tuburi vidate , SiPM-urile sunt produse direct dintr-o placă de siliciu pe care sunt implantate matrici formate din tablouri de microcelule pe un substrat comun de siliciu. Fiecare microcelulă este o singură fotodiodă de avalanșă fotonică ( Avalanche Photodiode sau APD). Ideea de bază este detectarea evenimentelor cu un singur foton în APD-uri conectate secvențial. Fiecare APD funcționează în modul Geiger și este cuplat la celelalte printr-un rezistor de polisilicon integrat, pentru rezistența de stingere . Deși dispozitivul funcționează într-un mod digital / de comutare, SiPM este un dispozitiv analog, deoarece toate microcelulele sunt citite în paralel, ceea ce face posibilă generarea de semnale într-un interval dinamic variind de la un singur foton până la 1000 de fotoni pentru o zonă de Un milimetru pătrat. Tensiunea de alimentare ( V b ) depinde de tehnologia utilizată pentru APD-uri și variază într-un interval tipic de la 20 V la 100 V: acestea sunt niveluri de tensiune de 15 până la 75 de ori mai mici decât cele necesare pentru un tub fotomultiplicator tradițional (PMT) .
Dimensiunile tipice ale unui SiPM sunt de la (1 mm x 1 mm) până la (3 mm x 3 mm), dar, cel puțin în principiu, ar fi posibil să se producă geometrii arbitrare. Microcelulele au dimensiuni tipice cuprinse între 20x20 µm și 50x50 µm.
Domenii de utilizare
Comparativ cu PMT-urile tradiționale, SiPM-urile au numeroase avantaje, cum ar fi, de exemplu, tensiunea de funcționare scăzută menționată mai sus în funcție de model și producător) și insensibilitatea la câmpul magnetic, fiind testate, fără nici o degradare a performanței, prin expunerea la magnetice. câmpuri de până la 4 T.
Limita lor principală de aplicare este zgomotul termic statistic (sau pe întuneric, deoarece este prezent chiar și în condiții de neiluminare a SiPM), care este aproximativ proporțional cu zona activă. Aceasta plasează o limită clară pentru realizarea SiPM de suprafață activă mare. O anumită îmbunătățire se obține prin utilizarea acestora la temperaturi scăzute, dar acest lucru crește contribuția unui tip de zgomot asociat numit „afterpulsing”. SiPM-urile devin excesiv de zgomotoase peste 30 ° C. O altă limitare este deteriorarea cauzată de radiații; de fapt, s-a observat o deteriorare semnificativă a performanței chiar și după iradiere cu 900 rad de protoni . În schimb, ele par mai robuste față de razele gamma .
În Italia, primele SiPM au fost produse în 2005 de ITC-irst (Institutul de cercetare științifică și tehnologică) din Trento (din 2007 Fundația Bruno Kessler ) și de STMicroelectronics din Catania , ca parte a programelor de cercetare tehnologică desfășurate împreună cu „ National Institutul de Fizică Nucleară .
Specificatii tehnice
Specificații tipice pentru un SiPM:
- Eficiența de detectare a fotografiilor (PDE): variază de la 20 la 50%, în funcție de dispozitiv și de lungimea de undă, cu valori similare cu cele ale unui fotomultiplicator tradițional cu tub.
- Câștig ( G ) similar cu cel al unui dispozitiv tradițional, egal cu aproximativ 10 6 .
- Dependența lui G de V b este liniară, nu respectă o lege a puterii , ca în fotomultiplicatorii tradiționali.
- Timingul de jitter (Timing Jitter) este optimizat pentru a avea o rezoluție temporală la sosirea unui foton de aproximativ 100 ps.
- Timpul de descompunere a semnalului este invers proporțional cu rădăcina pătrată a numărului de fotoelectroni din fiecare eveniment de excitație.
- Parametrii semnalului sunt practic independenți de câmpurile magnetice externe, spre deosebire de detectoarele obișnuite cu tuburi de vid (PMT)
- Dimensiunile reduse permit un design mecanic ușor, compact și mai robust decât tuburile tradiționale
