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 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 Φ0.5mm Blue 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． μMPPC PDE MPPC = μPMT PDEPMT 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。 MPPC μ : Poisson分布の平均値 P0(μ) = e-μ = Npedestal / Nall μ= -ln( Npedestal / Nall ) MPPC WLSF :λ~ 500 nm Blue LED PMT PMT 0.5 mm 径ピンホール PDE測定 PMTの量子効率分布 WSLFの発光スペクトル ( 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 PMT1 PMT2 PMT3 •Gain = 3×105 で PDE は 11~13% S10362-11025U 2007.01 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 •逐次積分型ADCを用いた場合 •オシロのpulse height を用いた場合 1600 MPPC output [ pixels ] MPPC output [ pixels ] 1400 1200 MPPC 1000 800 600 PMT 400 200 0 0 •MPPCはpixel数より大きな出力をかえす 200 400 600 800 PMT output [ mV ] 1000 • ~4nsで鋭いピークが現れる •1600ピクセル相当の出力よりも小さい •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 1200 LASERを用いた測定 @ KEK-DTP • YAG Laser,  = 532 nm • Pulse width ~ 2 nsec • Pulse rate ~ 8 kHz • Spot size ~ 1 m • 光量 ~ 1 p.e. 以下 1600-pixel MPPC 1600-pixel MPPC の顕微鏡写真 ILC-11-025 ( 2006.10) S10362-11-025U ( 2006.12 ) • ピクセルの受光面の形が変化している 2006.10のsampleは長方形だった有感領域（2006.12 sample）検出光電子数を用いて有感領域の割合を評価 • 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% ) 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 Gainは C Gain  (VBias  Vo ) e と表すことができる。 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 25 m Depletion region ~ 1 mm Substrate Si Resistor Guard ring n+ p n+ Bias voltage (70~80 V) Al conductor p- 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