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1 st workshop on “Photon Detection” Perugia 2007

1 st workshop on “Photon Detection” Perugia 2007. SiPm: Attività e risultati a Tor Vergata. Roberto Messi. Studio per applicazioni spaziali e… non. Caratterizzazione in regime stazionario Caratterizzazione sistema SiPm – BC408: Test cosmici Test BTF (lnf) Sviluppo elettronica:

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1 st workshop on “Photon Detection” Perugia 2007

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Presentation Transcript

  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 stazionario • Caratterizzazione sistema SiPm – BC408: • Test cosmici • Test BTF (lnf) • Sviluppo elettronica: • Amplificatori discreti per test • Alimentazione a singolo chip: MAX1932 • ASIC per TOF • Applicazioni in altri campi: necessario uno studio sulla radiation demage

  3. Sviluppati dal MEPHI; • Caratterizzazioni e Test • INFN Tor Vergata , MEPHI • 1x1 mm2 con circa 1000 pixel • 3x3 mm2 con circa 5600 pixel • 5x5 mm2 con circa 3500 pixel Misure sui Silicon Photomultiplier (SiPM) del MEPHI Misure di caratterizzazione in regime stazionario sui 3x3 mm2 • 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.

  4. Guadagno, curve corrente vs. tensione (I-V) e invecchiamento: Setup Misure in “continua” • 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 • Scelta di un parametro funzionale per la stima delle variazioni di guadagno in funzione dell’invecchiamento. • Per fotodiodi operanti in avalanche (|V| < |Vbreakdown|) vale la: • IOUT(ligth-dark) è la differenza tra corrente tra diodo illuminato e al buio alla tensione inversa di lavoro. • (IG=1(ligth-dark) ) è la stessa differenza per valori piccoli della tensione (Karar et. al NIM, A428:413 431, 1999). • SiPM: guadagno dell’ordine di 106 e lavorano in geiger mode limitato (|V| > |Vbreakdown|) • È possibile ridefinire un parametro di guadagno con la stessa • definizione: questo permette, in prima • approssimazione di mettere in evidenza variazioni di guadagno.

  5. Guadagno, curve corrente vs. tensione (I-V) e invecchiamento - Curve Il MEPHI fornisce il grafico a destra: stabilità del funzione del tempo di funzionamento per 20 elementi: 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. 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. • 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. Nella foto a destra viene mostrato il dito freddo con sopra incollato il SiPm con a fianco il termometro DT470. 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.

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

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

  9. H6780-3 H6780-3 E H6780-3 H6780-3 E detector E-detector 80x80x5 mm3 fore PM with light pad but without light guide and SiPM’s Attenuation - 12 db One electron

  10. 5x5 SiPM 3 F 5x5 SiPM 3 F detector(Tow 5x5-SiPM’s) “F” - detector 75x75x5 mm3 with tow 5x5 SiPM’s One electron

  11. WLS Y11 H and I 1x1 SiPM 3 I-detector(1x1-SiPM) “H”- detectors 30x30x5 mm3 with 1x1 SiPM’s, WLS technology (Y11) These detectors were produced in the middle of 2004. One electron

  12. 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 positionsOne electron E-detector F-detector

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

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

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