MPPC の性能評価

学術創成会議　 2007.4.3

筑波大学　須藤　山崎

•基礎特性の評価•まとめ

•ILC-11-025M 2006 年 10 月の sample ( 1600-pixel )

Gain, 光子検出効率 , 応答曲線•S10362-11-025U 2006 年 12 月の sample ( 1600-pixel )

　 Gain, 光子検出効率 , 有感領域

評価項目

Gain 測定　（ 25℃ ）

•新しい sample の方が Gain の ΔV に対する変化率は小さく、 Gain も少し低い

　 傾き ( ΔGain / ΔV ) 　 2006.10 ~1.35×105 　　 2006.12 ~1.1×105

光子検出効率測定の Setup

Φ0.5mmBlue LED

光子検出効率 (PDE)~ １光子の入射に対してそれを検出する確率

MPPC の光子検出効率は、光電子増倍管との応答比から求めた．PDE MPPC =

μMPPC

μPMT

PDEPMT

MPPC

PMT

MPPC,PMT の Pedestal のイベント数からPoisson 分布関数を用いて検出光電子数を求めた。

P0(μ) = e-μ = Npedestal / Nall

μ= -ln( Npedestal / Nall )

MPPC

PMT 0.5 mm 径 ピンホール

Blue LED

:λ~ 500 nmWLSF

μ : Poisson 分布の平均値

PDE測定

WSLF の発光スペクトル

PMT の量子効率分布

( HPK による測定 )•この二つの分布から WLSF に対する PMT のPDEを求めた。

PDE結果

ILC-11-025

2006.10

S10362-11-025U

2007.01

PMT1

PMT2

PMT3

•Gain = 3×105 で　 PDE は 11~13%

入射光子数に対する応答曲線• PMT を基準に MPPC の応答を調べた

•信号を出した後の回復時間が短い ( < 数 ns ) ?

→ 応答曲線の形は光信号の時間幅に依存する

•オシロの pulse height を用いた場合

•1600 ピクセル相当の出力よりも小さい

•逐次積分型 ADC を用いた場合

•MPPC は pixel 数より大きな出力をかえす

MP

PC

out

put [

pix

els

]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 200 400 600 800 1000 1200

PMT output [ mV ]

MPPC

out

put

[ pi

xels

]

• ~4ns で鋭いピークが現れる

MPPC

PMT

1600-pixel MPPC

• YAG Laser, = 532 nm• Pulse width ~ 2 nsec• Pulse rate ~ 8 kHz• Spot size ~ 1 m

• 光量 ~ 1 p.e. 以下

LASER を用いた測定 @ KEK-DTP

1600-pixel MPPC の顕微鏡写真

•　ピクセルの受光面の形が変化 している　

　 2006.10 の sample は長方形だった

S10362-11-025U ( 2006.12 )

ILC-11-025 ( 2006.10)

有感領域　（ 2006.12 sample ）

• 検出光電子数が　 50%MAX ≦ の領域を有感領域とすると

　有感領域の割合は ~28% 　　 ( 2005 冬の sample ~24% )

検出光電子数を用いて有感領域の割合を評価

まとめ

• 2006.10 と　 2006.12 に送られた sample の測定を行った

• 新しい sample は Gainの変化率が低くなった• PDEはほぼ変わっていない　• 入射光子数に対する応答はピクセルの回復時間

が短いためか、ピクセル数以上の出力が出る　→光信号の時間幅によって応答曲線は変化する• 新しい sample は有感領域が拡大されている

疑問

)( oBias VVe

CGain

と表すことができる。

Gainは

C ∝ 有感領域と考えられるが、

新しい sample では有感領域は拡大したが Gainの傾き Cは小さくなったまた PDEは旧 sampleと変わりがない

PDE ∝ 有感領域

左のことはなぜ起こるのか

内部光電効果の確率が減少？

電場の最大値の低下？

高電場領域の縮小？

p-,n+ のドーピング濃度

p,p-,n+ の厚み

クエンチ抵抗

このあたりがまだ良いあんばいではないようだ

今後• 光源の波長を変えて PDE の測定• 新しい sample の基礎特性の評価• 応答曲線についての理解を深める• LASER による基礎特性の測定

Back up

光の広がり

広がりは 0.55mm径

Multi-Pixel Photon Counter (MPPC)　～　シリコン半導体光検出器

~ 1 mm

~ 1 mm　 25 m

Depletion region

Substrate

p-

Guard ring n+

Al conductorp n+

Si ResistorBias voltage (70~80 V)

substrate p+

浜松ホトニクスによる P.D.E の測定結果　　　　

※λ=400nm, including the cross-talk and after pulse

2005 冬