MPPC

ILCカロリーメータ用光検出器MPPCの
ピクセル数増加による基礎特性変化の研究
2010/03/11
筑波大学４年倉本綾佳
1
目的
要求される性能
•Gain 少なくとも105
•Noise Rateが0.5p.e. (光電子)相当の閾値で
1MHz以下
•ピクセル間のCrosstalkが少ないことなど
を満たしていること
およびピクセル数増加による基礎特性の変化を調べる。
測定項目
受光面サイズ1.0×1.0mm2と1.4×1.4mm2のMPPCにおいて
•Gain
•Noise Rate
•Crosstalk Probability
•Response Curve
の測定を行った。
2
測定したサンプル(Gain,Noise)
– 1×1 [mm2]
（pixel数：40×40）
10コ
» No9161 , No9175 No9177 , No9178 No9229 , No9230 No9231 , No9232
No9233 , No9235
– 1.4×1.4[mm2]
（ pixel数：3136(1.96倍)）
２コ
» No6535 , No6538
Gain Set Up
Clock
Generator
Delay
Discriminator
Gate
Generator
1kHz
Function
Generator
+V=1.33V
ADC
Gate
width 55ns
LED
AMP
MPPC
Analog In
Thermostatic
Chamber (25℃)
A
低電圧
電源
RS232C
PC
PCⅠ
3
Gain
• ADC distribution
1p.e.
pedestal
d
2p.e.
d s
Gain 
e A
d : ピーク間距離
s : ADC分解能(0.25pC/ADCcount)
e : 素電荷(1.6021×10-19C)
A : アンプ増幅率(62.3倍)
□：1.4×1.4mm2(No6538)
• MPPC
Q  C  Vbias V0  N fired
Gain 
▲：1.0×1.0mm2(No9178)
Q
C
 Vbias  V0
e  N fired e
( Vbias V0 :over Voltage)
( V0 :降伏電圧)
(25℃)
4
Gain
Sample
1-10 : 1.0×1.0mm2
(@OverV=3V)
11-12 : 1.4×1.4mm2
Gain 105を満たす。
Sample 1.0×1.0mm2 1.4×1.4mm2
C [fF]
19.20±0.05
18.95±0.15
V0 [V]
69.42±0.01
69.37±0.02
C,V0 一致する
5
(25℃)
Noise
1MHz
Discriminator
Scaler
3ch
1Hz
Gate
Generator
1ch
Clock
Generator
PCⅠ
width 0.5s
MPPC
AMP
Discriminator
Thermostatic
Chamber (25℃)
ECL
To
NIM
1.0p.e.相当
2.0p.e.相当
width 15ns
A
低電圧
電源 RS232C
PC
GPIB
□：1.4×1.4mm2(No6538)
▲：1.0×1.0mm2(No9178)
Noise 0.5p.e.以上の信号
0.5p.e.相当
1.5p.e.相当
(25℃)
6
PCrosstalk
Crosstalk Probability[%]
Crosstalk
□：1.4×1.4mm2(No6538)
▲：1.0×1.0mm2(No9178)
NoiseRate(Vth  1.5 p.e.)

NoiseRate(Vth  0.5 p.e.)
(25℃)
Noise & Crosstalk Sample1-10 : 1.0×1.0mm
2
(@OverV=3V)
11-12 : 1.4×1.4mm2
1MHz以下
わずかに上昇
2.211±0.002倍
7
(25℃)
Response Curve
・・・入射光量に対する応答
pixel 数 
ADCmean _ sig  ADCmean _ ped
d/A
d : ピーク間距離
A : アンプ増幅率(62.3倍)
Laser発光 ⇒ Attenuatorの値をパラメータにし、ADC分布を測定。
NIM/CAMAC
Clock
Generator
Delay
1kHz
Discriminator
15ns/131ns
width 75ns
Discriminator
Laser
source
ADC
Gate
Gate
Generator
Laser
MPPC
Attenuator
低電圧
電源
Thermostatic
Chamber (25℃)
Analog In
PMT
CH1
CH2
HV
LaserとMPPCとの距離：およそ1cm， Laserの大きさ：約直径2mm
8
Response Curve
□：1.4×1.4mm2(No6536)
▲：1.0×1.0mm2(No9178)
y  ax
a
: PMTとMPPCの相対的PDE
応答曲線の一番シンプルな式でフィット

 ax 

f x   p01  exp 
 p 0 

9
(25℃)
まとめ
受光面サイズ1.0×1.0mm2・1.4×1.4mm2のMPPCの基礎特性の測
定を行い、次のようなことが分かった。
• 受光面サイズ1.4×1.4mm2 (@OverV=3V)
– Gain 105得られた。(～3.55×105)
– Noise Rate 0.5pe相当の閾値で1MHz以下(～640kHz)
– Crosstalk Probability 6%
• ピクセル数増加により
– C・V0の変化は見られない。
– Noise Rateはピクセル数に依存して増加する。
– Crosstalk Probabilityはわずかに上昇した。
– ダイナミック・レンジが向上した。
10
Back Up
11
Noise 1.5p.e.
12
(25℃)
Response Curve
ADCmean _ sig  ADCmean _ ped
pixel 数 
d/A
d
AMP倍されている
pedestal 1p.e.
D = d/A
D
pedestal 1p.e.
?×D
?p.e.
(?= pixel数)
13
PMT
14
(25℃)
HV Curve
Attenuator 0dB
Attenuator 11dB
Attenuator 20dB
15
(25℃)
Response Curve
pixel 数 
・・・入射光量に対する応答
d : ピーク間距離
A : アンプ増倍率(62.3倍)
①LED発光 ⇒ dを測定する。
NIM/CAMAC
Clock
Generator
Delay
1kHz
Discriminator
ADC
Gate
Gate
Generator
31ns/0ns
width 75ns
Function
Generator
Discriminator
ADCmean _ sig  ADCmean _ ped
d/A
LED
AMP
MPPC
Analog In
CH1
低電圧
電源
Thermostatic
Chamber (25℃)
②Laser発光 ⇒ Attenuatorの値をパラメータにし、ADC分布を測定。
NIM/CAMAC
Clock
Generator
Delay
1kHz
Discriminator
Gate
Generator
15ns/131ns
width 75ns
Discriminator
Laser
source
ADC
Gate
Laser
MPPC
Attenuator
低電圧
電源
Thermostatic
Chamber (25℃)
PMT
Analog In
CH1
CH2
HV
16
読み出し回路
17
AMP stability
18

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