Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Fotodiody MPPC Michał Dziewiecki Politechnika Warszawska Instytut Radioelektroniki 2008.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Fotodiody MPPC Michał Dziewiecki Politechnika Warszawska Instytut Radioelektroniki 2008."— Zapis prezentacji:

1 Fotodiody MPPC Michał Dziewiecki Politechnika Warszawska Instytut Radioelektroniki 2008

2 Fotodioda (źródło obrazków: Hamamatsu) Fotodioda PiN: zwiększona grubość obszaru złącza dzięki zastosowaniu warstwy półprzewodnika samoistnego (i) Ładunki wygenerowane w obszarze złącza zostają rozdzielone pod wpływem pola elektrycznego i stają się źródłem prądu.

3 Generacja ładunku - Fotodioda ma charakter źródła prądowego - Dwa główne źródła prądu wstecznego (płynącego odwrotnie do kierunku przewodzenia diody): - Efekt fotoelektryczny (prąd jasny) - Generacja termiczna (prąd ciemny)

4 Charakterystyka spektralna

5 Prąd ciemny -Temperatura złącza ma istotny wpływ na prąd ciemny -Stosuje się chłodzenie struktury dla zmniejszenia prądu ciemnego i poprawy parametrów szumowych

6 Charakterystyka prąd-napięcie Tryb fotowoltaiczny Tryb prądowy Zakres powielania lawinowego

7 Tryb fotowoltaiczny a prądowy Tryb fotowoltaiczny: -polaryzacja złącza w kierunku przewodzenia -praca w charakterze źródła napięciowego -nieliniowa charakterystyka -możliwość dostarczenia energii elektrycznej przez detektor: zastosowanie w fotoogniwach Tryb prądowy: -polaryzacja złącza w kierunku zaporowym -praca w charakterze źródła prądowego -charakterystyka liniowa -zależność natężenia prądu od napięcia polaryzacji jest minimalna w szerokim zakresie napięć zasilających -stosowany w fotodetektorach

8 Praca w zakresie powielania lawinowego VRVR U=V R -I dR L RLRL VRVR

9 Fotodioda lawinowa (APD) - Skonstruowana pod kątem pracy w zakresie powielania lawinowego (nie dochodzi do uszkodzenia złącza) - Praca w trybie analogowym jest niestabilna przy większych wzmocnieniach– fotodioda lawinowa nie zdaje egzaminu jako krzemowy fotopowielacz - Bardzo duże wartości wzmocnień (10 6 i większe) umożliwiają detekcję pojedynczych fotonów (praca w trybie Geigerowskim, sygnał od większej ilości fotonów wygląda tak samo jak jednofotonowy) - Wymaga użycia układu tłumienia lawiny (w najprostszym wypadku jest to rezystor szeregowy)

10 Zależność G(V R )

11 Ograniczenia Praca liniowa przy wzmocnieniach <= 10 3 (fotopowielacz: 10 7 ) Działanie przy większych wzmocnieniach możliwe praktycznie tylko w trybie Geigerowskim

12 Matryca niezależnych fotodiod lawinowych pracujących w trybie Geigerowskim umożliwia quasi-analogowy odczyt natężenia światła (z kwantem odpowiadającym - w pierwszym przybliżeniu - jednemu fotonowi) MPPC – Multi-Pixel Photon Counter

13 Sygnał z MPPC Wyraźnie widać skwantowanie sygnału Każdy pik odpowiada innej ilości zapalonych komórek. (Nie jest to tożsame z ilością fotonów.)

14 (Nie)liniowość Każda komórka MPPC posiada swój czas martwy – nieliniowość przy dużej ilości fotonów. Przy ilościach fotonów dużo mniejszych od ilości komórek detektor można uznać za liniowy.

15 Charakterystyka spektralna

16 Parametry czasowe Szerokość impulsu: ns Wpływ dużej częstości pobudzenia na amplitudę impulsu (recovery time)

17 Parametry czasowe Jitter czasowy: 250 ps

18 Warunki pracy Zakres pracy w trybie prądowym – bez wzmocnienia (G=1) Zakres powielania lawinowego V BR V op G nom

19 Parametry typowe dla MPPC -Wzmocnienie (Gain) -Wydajność detekcji (PDE - Photon Detection Efficiency) -Częstość zliczeń ciemnych (Dark Rate) -Efekty niepożądane (Cross-Talk, After-pulse rate) higher temperature higher voltage Silna zależność parametrów od napięcia zasilania (Vop-VBR) i temperatury

20 Parametry geometryczne - Powierzchnia struktury - Liczba pikseli - Stopień wypełnienia

21 Przykłady produkowanych modeli

22 MPPC a fotopowielacz FotopowielaczMPPC Wydajność kwantowa do ok. 40% QE (350nm) 25-65% PDE (400nm) Wzmocnienietypowo ok Prąd ciemny kilka – kilkadziesiąt CPS 500 kCPS (0.5 p.e.) Czas trwania impulsu kilka – kilkadziesiąt ns ns Jitter czasowy 250 ps

23 MPPC a fotopowielacz FotopowielaczMPPC Nap. zasilania1kV<100V Odporność na pole magnetyczne NieTak Wytrzymałość mechaniczna MałaDuża Odporność radiacyjna DużaUmiarkowana Powierzchnia aktywna mm 2 – dm 2 kilka mm 2 Rozmiary obudowy kilka cm 3 kilkadziesiąt mm 3 Praca jednofotonowa Tak

24 Rozrzuty produkcyjne blue – production series red – sample devices Stwierdzono istnienie istotnych rozrzutów V BR w serii produkcyjnej

25 Pomiary MPPC - Spore rozrzuty produkcyjne wymagają indywidualnej kalibracji fotosensorów w niektórych zastosowaniach - Znajomość charakterystyk temperaturowych i napięciowych poszczególnych parametrów umożliwia przeprowadzenie kompensacji programowej - Pożądane jest poznanie zarówno ogólnej charakterystyki detektorów oraz indywidualnych parametrów poszczególnych egzemplarzy

26 MPPC w T2K - Duża ilość fotosensorów w poszczególnych detektorach - Decyzja o zmierzeniu parametrów wszystkich egzemplarzy MPPC niezależnie od pomiarów przeprowadzonych przez producenta (możemy zmierzyć nieco więcej) - Konieczność zestawienia własnej aparatury przez każdy ośrodek biorący udział w pomiarach

27 Nasze urządzenie pomiarowe MPPC Feeder Electronics Box PC with Control Software eth

28 Parametry urządzenia pomiarowego Kontrola temperatury i napięcia zasilającego Pomiar wzmocnienia, PDE i częstości zliczeń ciemnych Detekcja zdarzeń typu After-pulse (możliwość odróżnienia od zdarzeń typu Cross-Talk) Podajnik na 32 fotodiody i jeden tor pomiarowy – automatyzacja pomiaru

29 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Fotodiody MPPC Michał Dziewiecki Politechnika Warszawska Instytut Radioelektroniki 2008."

Podobne prezentacje


Reklamy Google