Кремниевый фотоумножитель - Silicon photomultiplier

Один из первых SiPM, произведенный исследовательским центром FBK (ранее IRST), расположенным в Тренто, Италия.

Кремниевые фотоумножители, часто называемый "SiPM"в литературе твердое состояние не замужем-фотон -чувствительные устройства на основе Однофотонный лавинный диод (SPAD) реализован на общей кремниевой подложке.[1] Размер каждого отдельного SPAD может варьироваться от 10 до 100 микрометров, а их плотность может достигать 10000 на квадратный миллиметр. Каждый SPAD в SiPM работает в Режим Гейгера и соединяется с другими металлическим или поликремний гасящий резистор. Хотя устройство работает в цифровом / коммутационном режиме, большинство SiPM являются аналоговое устройство поскольку все микроэлементы считываются параллельно, что позволяет генерировать сигналы в динамическом диапазоне от одного фотон до 1000 фотонов для устройства с площадью всего квадратный миллиметр. Более сложные схемы считывания используются для лидар Приложения.[2] Напряжение питания (Vб) зависит от используемой технологии APD и обычно варьируется от 20 В до 100 В, что в 15-75 раз ниже, чем напряжение, необходимое для традиционного фотоэлектронные умножители (PMT) операция.

Типичные характеристики SiPM:

  • Эффективность обнаружения фото (PDE) колеблется от 20 до 50%, в зависимости от устройства и длины волны, что аналогично традиционному ГУП
  • Усиление (г) также похож на ФЭУ, составляя около 106
  • г vs. Vб зависимость линейная и не следует сила закона как в случае с ФЭУ
  • Временной джиттер оптимизирован так, чтобы разрешение по времени прихода фотонов составляло около 100-300 пс.
  • Время затухания сигнала обратно пропорционально квадратному корню из числа фотоэлектронов в событии возбуждения.
  • Параметры сигнала практически не зависят от внешних магнитных полей, в отличие от вакуумных ФЭУ.
  • Вероятность постимпульса (3-30%), определяемая как вероятность ложных вторых импульсов после прихода одиночного фотона
  • Плотность темнового счета - частота импульсов в отсутствие освещения (105-106 импульсы / с / мм2)
  • Небольшие размеры и низкое напряжение обеспечивают чрезвычайно компактную, легкую и прочную механическую конструкцию.

SiPM для медицинской визуализации являются привлекательными кандидатами на замену обычного PMT в ПЭТ и ОФЭКТ визуализации, поскольку они обеспечивают высокое усиление при низком напряжении и быстром отклике, они очень компактны и совместимы с установками магнитного резонанса. Тем не менее, есть еще несколько проблем, например, SiPM требует оптимизации для больших матриц, усиления сигнала и оцифровки.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Mascotto, Massimo (17 февраля 2011 г.), Технология кремниевых фотоумножителей в STMicroelectronics (PDF), получено 25 июля 2020
  2. ^ Датчик времени полета нового поколения для измерения дальности, основанный на технологии ST FlightSense ™.