MPPC の長期安定性の測定筑波大学高橋優介 2009/04/09 目的 • ILC では光検出器を長期に渡って使用する • 使用期間内で性能が安定しているか • 出力がどのように変化をするのか原理（１）反応論モデル：拡散、酸化、吸着、転位、電解、腐食クラック成長などのメカニズムで変化が進行し材料や部品を劣化させ、ある限界を超えると故障に至るアレニウスモデル：温度による反応依存性 k ：反応速度 [1/time] Λ ：定数 [1/time] L ：温度Ｔでの寿命 [time] k B ：ボルツマン定数 [eV/K] E a ：活性化エネルギー[eV] T ：絶対温度 [K] 原理（２）活性化エネルギーの測定 A ：定数 L ：温度 T での寿命 k B ：ボルツマン定数 [eV/K] E a ：活性化エネルギー[eV] T ：絶対温度 [K] 活性化エネルギーEaを精度良く測定できれば MPPCの寿命が推定できる原理（３）アレニウスモデルを用いた温度加速 K ：温度加速定数 L 1 ：通常動作時の寿命 L 2 ：温度加速時の寿命 T 1 ：通常動作温度 [K] T 2 ：温度加速時温度 [K] k B ：ボルツマン定数 [eV/K] E a ：活性化エネルギー[eV] ※活性化エネルギーを0.585 eV 通常動作温度を25 ℃ と仮定温度[℃] 温度加速定数 35 60 80 100 115 2 11 35 97 196 測定項目 25um 1600pix sample について以下の項目の測定を行う。 • • • • • Gain Noise Rate Cross Talk Leak Current Relative PDE 25μm 測定は 1回 / Week で行う予定。（測定していないときは電圧をかけた状態で加熱し Leak Current を測定する）予備実験活性化エネルギーの測定において必要なこと • 新たな測定項目に対するシステム構築 ⇒GPIBを用いた測定装置の操作 • 温度に依存せずに安定した電圧をかけることのできるシステム構築 ⇒温度に依存しない回路の製作 Set Up Noise Gain 10MHz CAMAC Discriminator 20ns 1kHz Clock Clock Generator Generator 1Hz Voltage source LED Coincidence Width 55ns Delay CAMAC Gate Gate Generator Generator 25ns Width 0.5s AMP×63 ECL MPPC to LED NIM MPPCdriver AMP×63×10 Gate Scaler PC Analog In GPIB Discriminator hoge Digital Digital Thermostatic chamber Multi Meter PC Vth Multi Meter GPIB Voltage Thermostatic chamber(25℃) Voltage source source RS232C • 近い内にPt抵抗を導入する予定 • 現段階では1つずつしか測定できない RS232C 温度依存性 TypeB：読み出し回路を含まない試作品 25,30,40,50,60,70,80,90,100,110, 115℃ で以下の項目の温度依存性を測定する。 TypeA：読み出し回路を含む従来の回路 • • • • Gain Noise Rate Cross Talk Leak Current この測定により次の項目のテストができる • 温度に依存せずに電圧をかけられるか • 恒温槽と MPPC が高温に耐えられるか • 高温領域での MPPC の温度依存性 Pulse shape Type A MPPC Pulse shape Noise Type B ADC distribution Vbias 77.0 V Gate 55ns Type A Type B Sample #1102 Sample #1103 Type A では光量が少なくなってしまったが、分布はきれいにとれた。 Gain（１） Gain  C (Vbias  V 0) Sample #1102 ・Type A ・Type B V0 Type A :74.13 ±0.02 V Type B :74.15 ±0.02 V Capacitance Type A :1.561 ±0.006×10-2pF Type B :1.246 ±0.007×10-2pF Sample #1103 ・Type A ・Type B Type A :74.22 ±0.01 V Type B :74.15 ±0.02 V Capacitance Type A :1.592 ±0.006×10-2pF Type B :1.257 ±0.007×10-2pF V0 は一致しているが、傾きが全く異なる。 ⇒ Type B の回路の浮遊容量が原因と考えられる。 Gain（２） Sample #1102 ・Type A ・Type B Sample #1103 ・Type A ・Type B TypeB の回路を作り直し、再測定した V0 が一致し、Capacitanceも一致した。 ⇒問題点は改善された。 V0 Type A :74.07 ±0.01 V Type B :74.08 ±0.01 V Capacitance Type A :1.572 ±0.007×10-2pF Type B :1.604±0.007×10-2pF V0 Type A :74.16 ±0.01 V Type B :74.14 ±0.01 V Capacitance Type A :1.579±0.007×10-2pF Type B :1.595 ±0.006×10-2pF Pulse shape（２） Type A Type B MPPC Pulse shape average Peak が変形している。ケーブルの長さを変えたりターミネートをしても変化しなかった Summary & Plan Summary • 予備実験の測定システムはほぼ完成した。 • GPIB等を用いて測定の半自動ができた。 Plan • 引き続き測定を続ける。筑波大ILCグループの今後 • 高橋（M2）上半期：長期安定性, Response Curve Simulation 下半期：ビームテスト解析 • 田中（M１）上半期：Response Curve 測定（卒論の続き）シンチを用いたResponse Curve 測定 • 四年生（？）放射線の見積もり or 長期安定性の測定 Back up Pulse Shape • 左図： MPPC Signal (TypeB) Gate Width = 80ns で全ての電荷を測定できる。 • 右図：MPPC Signal average Gate Width dependence 50ns 60ns ・Type A ・Type B 55ns 65ns ↑ Fit がうまくいってない 70ns 80ns ・Type A ・Type B 75ns 85ns ↑ Fit がうまくいってない