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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

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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。

目的

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。

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ClockGenerator Delay Discriminator

GateGenerator

FunctionGenerator

ADCGate

Analog InMPPCLED AMP1kHz

ThermostaticChamber (25℃)

+V=1.33V

A 低電圧電源 PC

RS232C PCⅠ

width 55ns

Gain Set Up

– 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

測定したサンプル (Gain,Noise)

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• ADC distribution

• MPPC

Ae

sdGain

firedbias NVVCQ 0

0VVe

C

Ne

QGain bias

fired

0VVbias ( :over Voltage)

Gain

□：1.4×1.4mm2(No6538)

▲：1.0×1.0mm2(No9178)

(25℃)

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 )

d

pedestal 1p.e.

2p.e.

( :降伏電圧 )0V

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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

1-10 : 1.0×1.0mm2

11-12 : 1.4×1.4mm2

Sample

(25℃)

Gain

C,V0　一致する

Gain 105を満たす。

(@OverV=3V)

6(25℃)

Noise 0.5p.e.以上の信号

0.5p.e.相当

NoiseClock

Generator GateGenerator

DiscriminatorScaler

3ch

1ch

MPPC AMP

1Hz

ThermostaticChamber (25℃)

A 低電圧電源 PC

RS232C

PCⅠ

1MHz

GPIB

ECLTo

NIMDiscriminator

width 15ns

width 0.5s

1.5p.e.相当

1.0p.e.相当2.0p.e.相当

□：1.4×1.4mm2(No6538)

▲：1.0×1.0mm2(No9178)

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(25℃).).5.0(

.).5.1(

epVthNoiseRate

epVthNoiseRatePCrosstalk

Sample

(25℃)

Noise & Crosstalk 1-10 : 1.0×1.0mm2

11-12 : 1.4×1.4mm2

2.211±0.002倍

(@OverV=3V)

Crosstalk

1MHz以下

Cro

ssta

lk P

rob

abil

ity[

%]

わずかに上昇

□：1.4×1.4mm2(No6538)

▲：1.0×1.0mm2(No9178)

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Response Curve

ClockGenerator

Discriminator

Delay DiscriminatorGate

Generator

Lasersource

ADCGate

Analog InCH1

CH2

低電圧電源

MPPCLaser

1kHz

NIM/CAMAC

ThermostaticChamber (25℃)

width 75ns

Attenuator

15ns/131ns

HV

PMT

_ _

/

ADCmean sig ADCmean pedpixel

d A

数

Laser発光　⇒　 Attenuatorの値をパラメータにし、 ADC分布を測定。

d : ピーク間距離A : アンプ増幅率 (62.3倍 )

・・・入射光量に対する応答

LaserとMPPCとの距離：およそ 1cm ， Laserの大きさ：約直径 2mm

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Response Curve

応答曲線の一番シンプルな式でフィット

(25℃)

0

exp10p

axpxf

axy : PMTとMPPCの相対的PDE

a

□：1.4×1.4mm2(No6536)

▲：1.0×1.0mm2(No9178)

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• 受光面サイズ 1.4×1.4mm2

– 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。

まとめ

(@OverV=3V)

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。

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Back Up

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Noise 1.5p.e.

(25℃)

13

_ _

/

ADCmean sig ADCmean pedpixel

d A

数

d AMP倍されているAMP倍されている

?×DD

pedestal 1p.e.

pedestal 1p.e. ?p.e.

D = d/A

(?= pixel数 )

Response Curve

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PMT

(25℃)

15

(25℃)

HV Curve

Attenuator 20dBAttenuator 11dB

Attenuator 0dB

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ClockGenerator

Discriminator

Delay DiscriminatorGate

Generator

ADCGate

Analog InCH1低電圧

電源

MPPC

1kHz 31ns/0ns

NIM/CAMAC

ThermostaticChamber (25℃)

width 75ns

AMPFunction

Generator LED

Response Curve

ClockGenerator

Discriminator

Delay DiscriminatorGate

Generator

Lasersource

ADCGate

Analog InCH1

CH2

低電圧電源

MPPCLaser

1kHz

NIM/CAMAC

ThermostaticChamber (25℃)

width 75ns

Attenuator

15ns/131ns

HV

PMT

_ _

/

ADCmean sig ADCmean pedpixel

d A

数

②Laser発光　⇒　 Attenuatorの値をパラメータにし、 ADC分布を測定。

①LED発光　⇒　 dを測定する。d : ピーク間距離A : アンプ増倍率 (62.3倍 )

・・・入射光量に対する応答

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読み出し回路

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AMP stability