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1 st workshop on Photon Detection Perugia 2007 SiPm: Attività e risultati a Tor Vergata Roberto Messi.

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Presentazione sul tema: "1 st workshop on Photon Detection Perugia 2007 SiPm: Attività e risultati a Tor Vergata Roberto Messi."— Transcript della presentazione:

1 1 st workshop on Photon Detection Perugia 2007 SiPm: Attività e risultati a Tor Vergata Roberto Messi

2 Studio per applicazioni spaziali e… non Caratterizzazione in regime stazionarioCaratterizzazione in regime stazionario Caratterizzazione sistema SiPm – BC408:Caratterizzazione sistema SiPm – BC408: »Test cosmici »Test BTF (lnf) Sviluppo elettronica:Sviluppo elettronica: »Amplificatori discreti per test »Alimentazione a singolo chip: MAX1932 »ASIC per TOF Applicazioni in altri campi: necessario uno studio sulla radiation demageApplicazioni in altri campi: necessario uno studio sulla radiation demage

3 Misure sui Silicon Photomultiplier (SiPM) del MEPHI Sviluppati dal MEPHI; Sviluppati dal MEPHI; Caratterizzazioni e Test Caratterizzazioni e Test INFN Tor Vergata, MEPHI INFN Tor Vergata, MEPHI 1x1 mm 2 con circa 1000 pixel 1x1 mm 2 con circa 1000 pixel 3x3 mm 2 con circa 5600 pixel 3x3 mm 2 con circa 5600 pixel 5x5 mm 2 con circa 3500 pixel 5x5 mm 2 con circa 3500 pixel Misure di caratterizzazione in regime stazionario sui 3x3 mm 2 La prima parte si presentano le misure di invecchiamento in funzione della carica integrata (circa 1 C). La prima parte si presentano le misure di invecchiamento in funzione della carica integrata (circa 1 C). La seconda parte si esaminano le curve I-V e quindi le caratteristiche del rumore integrato in funzione della temperatura. La seconda parte si esaminano le curve I-V e quindi le caratteristiche del rumore integrato in funzione della temperatura.

4 Guadagno, curve corrente vs. tensione (I-V) e invecchiamento: Setup Scelta di un parametro funzionale per la stima delle variazioni di guadagno in funzione dellinvecchiamento. Scelta di un parametro funzionale per la stima delle variazioni di guadagno in funzione dellinvecchiamento. Per fotodiodi operanti in avalanche (|V| < |V breakdown |) vale la: Per fotodiodi operanti in avalanche (|V| < |V breakdown |) vale la: I OUT(ligth-dark) è la differenza tra corrente tra diodo illuminato e al buio alla tensione inversa di lavoro. (I G=1(ligth-dark) ) è la stessa differenza per valori piccoli della tensione (Karar et. al NIM, A428: , 1999). (I G=1(ligth-dark) ) è la stessa differenza per valori piccoli della tensione (Karar et. al NIM, A428: , 1999). SiPM: guadagno dellordine di 10 6 e lavorano in geiger mode limitato (|V| > |V breakdown |) SiPM: guadagno dellordine di 10 6 e lavorano in geiger mode limitato (|V| > |V breakdown |) È possibile ridefinire un parametro di guadagno con la stessa È possibile ridefinire un parametro di guadagno con la stessa definizione: questo permette, in prima definizione: questo permette, in prima approssimazione di mettere in evidenza variazioni di guadagno. approssimazione di mettere in evidenza variazioni di guadagno. Setup sperimentale: il SiPM è polarizzato con un alimentatore programmabile. Setup sperimentale: il SiPM è polarizzato con un alimentatore programmabile. Un diodo LED posto di fronte ai tre SiPm in misura viene utilizzato per accelerare il tempo di integrazione: 80mC/20min Un diodo LED posto di fronte ai tre SiPm in misura viene utilizzato per accelerare il tempo di integrazione: 80mC/20min Misure in continua

5 Guadagno, curve corrente vs. tensione (I-V) e invecchiamento - Curve A sinistra: andamenti delle curve caratteristiche par. guad. vs. I (dark) e in basso a sinistra il par. guad. vs. I(light-dark) in funzione della carica integrata. Il MEPHI fornisce il grafico a destra: stabilità del funzione del tempo di funzionamento per 20 elementi: Sotto: relazione tra il parametro di guadagno e carica integrata.

6 Dipendenza dalla temperatura - Setup Si è usato un piccolo criostato ad azoto liquido, dentro il quale il SiPM è stato fissato sul supporto freddo di rame-oro tramite colla silver paint per assicurare un buon contatto termico. Si è usato un piccolo criostato ad azoto liquido, dentro il quale il SiPM è stato fissato sul supporto freddo di rame-oro tramite colla silver paint per assicurare un buon contatto termico. La temperatura è controllata tramite un termometro al platino, e la temperatura assoluta reale del SiPM è stata misurata tramite un termometro al silicio (DT470 della CryPhysics) fissato in prossimità del fotodiodo stesso. La temperatura è controllata tramite un termometro al platino, e la temperatura assoluta reale del SiPM è stata misurata tramite un termometro al silicio (DT470 della CryPhysics) fissato in prossimità del fotodiodo stesso. Le misure delle caratteristiche I-V in buio (di rumore), sono state effettuate sempre con lo stesso apparato sperimentale illustrato nella sezione delle misure di aging. Nella foto a destra viene mostrato il dito freddo con sopra incollato il SiPm con a fianco il termometro DT470.

7 Dipendenza dalla temperatura - Curve Si osserva che il rumore decade di un fattore 2 ogni 8 K. Si osserva che il rumore decade di un fattore 2 ogni 8 K. Da 118K a 293K Le quattro curve rappresentano le amplificazioni in funzione della temperatura. Parametro di guadagno vs. della tensione di bias Corrente dark in funzione della tensione di bias

8 Set up sperimentale BTF Rivelatore A-PM e A-SiPM Rivelatore A-PM

9 E detector 188.1±0.3 Sigma_Epm 7.0±0.2 Pedestal Attenuation - 12 db H E E-detector 80x80x5 mm3 fore PM with light pad but without light guide and SiPMs One electron

10 F detector F detector (Tow 5x5-SiPMs) ±0.4 Sigma_Fsipm8.9 ±0.2 Pedestal77.5 Sigma_Ped x5 SiPM 3 F F - detector 75x75x5 mm3 with tow 5x5 SiPMs One electron

11 I-detector I-detector (1x1-SiPM) 95.6 ±0.5 Sigma_Isipm5.7 ±0.3 Pedestal x1 SiPM 3 H and I WLS Y11 H- detectors 30x30x5 mm3 with 1x1 SiPMs, WLS technology (Y11) These detectors were produced in the middle of One electron

12 Carica Rivelata da SiPm 3x3 e 5x5 mm 2 Carica Rivelata da SiPm 3x3 e 5x5 mm 2 in funzione del numero di elettroni incidenti

13 Carica Rivelata in funzione del numero di elettroni incidenti

14 Detector response vs beam positions One electron XyXy -30 mm 0 mm +30 mm +12 mm mm mm E-detectorF-detector XyXy -30 mm 0 mm +30 mm +12 mm mm mm-118.7

15 1x1 mm 2 con W.S. e preamp x5

16 SiPm 5x5 ( da cosmico SiPm 5x5 ( da cosmico) Traccia n.1 = apertura del gate dellADC Traccia n.2 = somma SiPM1 + SiPM2 Traccia n.3 = SiPM1 (5x5mm) Traccia n.4 = SiPM2 (5x5mm)


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