《新結構矽光電倍增器及其工作模式研究》是依託北京師範大學，由韓德俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新結構矽光電倍增器及其工作模式研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：韓德俊
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矽光電倍增器（SiPM）是近年來受到廣泛關注的一種新型半導體探測器，具有增益高、探測效率高、單光子分辨本領強 、回響速度快、體積小、工作電壓低、成本低、不易損壞、不受磁場干擾等優點,在許多弱光探測的套用中具有替代傳統真空電子器件光電倍增管(PMT)的潛力。不過SiPM還不是很成熟，存在動態範圍較小、光學串話和後脈衝較嚴重、暗計數率較高、面積較小等問題。為了解決或緩解這些問題，本項目提出研究一種新的SiPM結構及工作模式，以使其性能更加接近甚至超過現有某些成熟的PMT，在高能物理、天文觀測、核醫學成像以及生物醫學等領域有更重要和更廣泛的套用。
結題摘要
矽光電倍增器（SiPM）是近年來受到廣泛關注的一種新型半導體探測器，具有增益高、探測效率高、單光子分辨本領強、回響速度快、體積小、工作電壓低、成本低、不易損壞、不受磁場干擾等優點，在許多弱光探測的套用中具有替代傳統光電倍增管(PMT)的潛力。不過SiPM還不是很成熟，存在暗計數率較高、動態範圍較小和面積較小等問題。為了緩解這些問題，本項目提出並成功研製出了一種雙元SiPM器件結構，它由二個獨立、呈“叉指”交錯設定的外延電阻淬滅型SiPM子單元單片集成而得，通過所述兩個子SiPM符合測量的工作模式來甄別真實信號，剔除暗脈衝等噪聲，能夠大幅度提高SiPM的信噪比。 本項目所研製的雙元SiPM總面積為3mm×3mm，微單元步距約為10微米，填充因子35%。研究結果顯示，符合暗計數率隨符合時間視窗的減小而減小。當符合時間視窗選為20ns時，符合暗計數率從3.52MHz (SiPM子單元的暗計數率) 降低至505kHz；當符合時間視窗選取為2ns時, 符合暗計數率進一步降低至59.5 kHz，即為每個SiPM子單元暗計數率的1.69%。實驗結果驗證了我們的想法，並且和理論計算結果相符。研究結果還顯示，採用雙元SiPM符合測量後信噪比大幅度提高，可以獲得很好的符合泊松分布的單光子分辨譜。暗計數率的降低有利於製作更大面積的SiPM，採用我們獨特的外延電阻淬滅的基本SiPM器件結構，有利於兼顧大動態範圍與高探測效率。SiPM子單元單片集成、封裝在同一個管殼內，結構緊湊，方便探測器實際使用。採用某知名品牌數字示波器自帶的測量函式和功能，能夠大幅度簡化符合測量技術，實現兩個信號的快速、簡便和準確地符合測量。 如果SiPM的時間解析度越高，符合測量的時間視窗就可以設定得越窄，雙元SiPM符合測量剔除暗脈衝等噪聲的效果就越好，因此本項目對外延電阻淬滅型SiPM的時間解析度等特性開展了深入研究。此外在雙元SiPM器件結構基礎上，本項目還研究了基於外延電阻淬滅結構的四邊形電荷分配位置靈敏SiPM，並對其位置解析度、位置誤差等特性進行了研究。
