大动态范围外延电阻淬灭型硅光电倍增器
发布时间：2021-07-15 08:44
外延电阻淬灭型硅光电倍增器（EQR SiPM）的特点是利用硅衬底外延层来制作器件淬灭电阻。为了进一步提高大动态范围EQR SiPM的光子探测效率,并且解决填充因子较低和增益较小等问题,在前期研究工作的基础上研制出微单元尺寸分别为15μm和7μm的EQR SiPM,有源区面积均是1 mm×1 mm。通过改变EQR SiPM的微单元尺寸优化填充因子,有效提高了探测效率与增益;其微单元密度分别是4 400个/mm2和23 200个/mm2,依然保持着较大的动态范围。室温条件下（20℃）,工作在5 V过偏压的EQR SiPM至少可分辨13个光电子;15μm和7μm EQR SiPM的增益分别为5.1×105和1.1×105,在400 nm波长下的峰值光探测效率分别达到40%和34%。
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
EQR SiPM的结构示意图
SiPM管芯通过银浆贴片、压焊金丝等手段封装在TO管壳的中间位置,其实物照片如图2所示。图3是表征SiPM各项参数的基本实验装置。除温度系数以外,其他参数表征的实验环境温度均为20 ℃。
图3是表征SiPM各项参数的基本实验装置。除温度系数以外,其他参数表征的实验环境温度均为20 ℃。Keithley SMU为SiPM提供反向工作电压,同时作为电流表测量反向电流,最终得到SiPM的电流-电压关系(I-V曲线)。无光照环境中,SiPM的输出信号经过NDL-AMP-40-1型号100倍放大器放大后被泰克示波器接收,并由Labview程序控制电脑采集示波器显示的输出信号,从而得到暗计数率(Dark Count Rate,DCR)和光学串话随过偏压的关系。对于关联噪声以及微单元的恢复时间则是通过数字示波器(LeCroy WaveRunner 640Zi)采集1 ms时间序列上的信号,根据关联噪声与初始暗计数产生机制的不同导致其时间分布上的差异,利用Matlab程序进行噪声分析得到的[11-12]。另外,重频为1 MHz、脉宽为100 ps的超连续谱光源经532 nm滤波片入射在EQR SiPM的表面,并输出同步触发信号,利用力科示波器对SiPM响应输出信号进行统计分析,从而得到输出信号的面积分布谱,可以表征SiPM的单光子分辨能力,进一步计算得到SiPM的增益。利用光子计数法测量PDE,是将氙灯光源输出的光束经过单色仪通入到积分球中,经过积分球输出两路强度和光斑大小相同的单色光,分别入射到用于定标的PIN和EQR SiPM表面,并根据器件的光响应计算其探测效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]EQR SiPM with P-on-N diode configuration[J]. Jian-Quan Jia,Jia-Li Jiang,Kun Liang,Ru Yang,De-Jun Han. Nuclear Science and Techniques. 2019(08)
[2]高密度外延电阻淬灭硅光电倍增器研究[J]. 贾建权,江加丽,李佰成,王瑞恒,梁琨,杨茹,韩德俊. 光子学报. 2017(04)
[3]SiPM阵列电子特性建模和三维测深仪前端电子学优化[J]. 聂瑞杰,徐智勇,张启衡,王华闯,程华. 光学精密工程. 2012(08)
本文编号：3285380
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
EQR SiPM的结构示意图
SiPM管芯通过银浆贴片、压焊金丝等手段封装在TO管壳的中间位置,其实物照片如图2所示。图3是表征SiPM各项参数的基本实验装置。除温度系数以外,其他参数表征的实验环境温度均为20 ℃。
图3是表征SiPM各项参数的基本实验装置。除温度系数以外,其他参数表征的实验环境温度均为20 ℃。Keithley SMU为SiPM提供反向工作电压,同时作为电流表测量反向电流,最终得到SiPM的电流-电压关系(I-V曲线)。无光照环境中,SiPM的输出信号经过NDL-AMP-40-1型号100倍放大器放大后被泰克示波器接收,并由Labview程序控制电脑采集示波器显示的输出信号,从而得到暗计数率(Dark Count Rate,DCR)和光学串话随过偏压的关系。对于关联噪声以及微单元的恢复时间则是通过数字示波器(LeCroy WaveRunner 640Zi)采集1 ms时间序列上的信号,根据关联噪声与初始暗计数产生机制的不同导致其时间分布上的差异,利用Matlab程序进行噪声分析得到的[11-12]。另外,重频为1 MHz、脉宽为100 ps的超连续谱光源经532 nm滤波片入射在EQR SiPM的表面,并输出同步触发信号,利用力科示波器对SiPM响应输出信号进行统计分析,从而得到输出信号的面积分布谱,可以表征SiPM的单光子分辨能力,进一步计算得到SiPM的增益。利用光子计数法测量PDE,是将氙灯光源输出的光束经过单色仪通入到积分球中,经过积分球输出两路强度和光斑大小相同的单色光,分别入射到用于定标的PIN和EQR SiPM表面,并根据器件的光响应计算其探测效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]EQR SiPM with P-on-N diode configuration[J]. Jian-Quan Jia,Jia-Li Jiang,Kun Liang,Ru Yang,De-Jun Han. Nuclear Science and Techniques. 2019(08)
[2]高密度外延电阻淬灭硅光电倍增器研究[J]. 贾建权,江加丽,李佰成,王瑞恒,梁琨,杨茹,韩德俊. 光子学报. 2017(04)
[3]SiPM阵列电子特性建模和三维测深仪前端电子学优化[J]. 聂瑞杰,徐智勇,张启衡,王华闯,程华. 光学精密工程. 2012(08)
本文编号：3285380
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