Transcript スライド 1 - 京都大学理学研究科高エネルギー物理学研究室

MPPCの最新の測定結果
京都大学高エネルギー研究室
修士2年 田口 誠
内容
• 311-53-1A-002-1(100ピクセル)と、311-32A002-4(400ピクセル)について、KEKレーザーシ
ステムを用いてテストを行った
• 赤外線カメラを用いてノイズの分布を調べた
KEKレーザーシステム
•
•
•
波長532nm、パルス幅<20ns
繰り返し~8kHz
1ピクセル内での
スポットサイズ~数μm
efficiencyの分布
•
•
•
最小移動距離0.02μm
安定性~1時間で数%
光量~3,4p.e
7μm
1ピクセル内
スキャン
efficiency
RMS/mean=2%
100ピクセル
バイアス電圧=68.8V
1ピクセル内のゲイン、efficiencyはよくそろっている
クロストーク
ゲイン
0.25
もう少し減らしたい
RMS/mean=2%
efficiency
全ピクセル
スキャン
100ピクセル
バイアス電圧=68.8V
クロストーク
RMS/mean=3%
ゲイン
0.22
ピクセル毎のゲイン、efficiencyはよくそろっている
RMS/mean=3%
ブレイクダウン電圧のピクセル毎の違い
各ピクセル毎にゲインVSバイアス直線をフィッティングし
てピクセル毎のブレイクダウン電圧を求めた
100ピクセル
67.61V
67.61V
400ピクセル
67.63V
67.67V 67.70V
67.67V
ピクセル毎のブレイクダウン電圧はよくそろっている
デバイス毎のブレイクダウン電圧もそろえてほしい
1次元スキャン
検出
効率
400ピクセル
100ピクセル
検出
効率
37μm
68μm
50μm
100μm
有効面積比=55%
1ピクセル内を
0.5μmずつス
キャン
有効面積比=46％
400ピクセルの方が有効面積が広い
100ピクセルの有効面積をもう少し広げられないか？
100ピクセルと400ピクセルの
PDE、ノイズレート(T=15℃)
ノイズレート
PDE
PDE(MPPC)
/QE(PMT)
1.1倍
1.6倍
2
質問：100ピクセルと400ピクセル
400ピクセル
400ピクセル
で構造は同じですか？
100ピクセル
2
over V
PDEの違いは有効面積比
の違いで説明できる
100ピクセル
2
over V
ノイズレートの違いは有効面積比
の違いだけでは説明できない
赤外線カメラの写真
5-53-1A-12
バイアス電圧=75V
カレント=8μA
ピクセルのエッジ
から放電パルス
400ピクセル
バイアス電圧=69.4V、ノイズレート=1MHz（T2Kでの使用領域)
ぼんやりとピクセルの構造が見える→ノイズは局所化していない
まとめと今後
• 最新のサンプルは100ピクセル、400ピクセル
共にピクセル内、ピクセル毎の応答はよくそ
ろっている
さらに
• 100ピクセルの有効面積の拡大
• クロストーク、ノイズレートの低減
• パッケージングを具体的に詰める
• 大量生産したときの個体差
Back up
ロシア製1ピクセルスキャン
真ん中の丸いところと抵抗の
部分でefficiencyがおちている
バイアス電圧=51.0V
ノイズレート2MHz
ロシア製ピクセル毎スキャン
この辺の100ピクセルを
ピクセルごとにスキャン
efficiency
バイアス電圧=51.0V
ノイズレート~2MHz
RMS/mean=10%
ロシア製1710-042
バイアス=51.0V
ノイズレート2MHz
カレント=6μA
カレントが多く流れ
ていたサンプル
一部のピクセル
に大きなカレン
トが流れている
ノイズレート 測定
311-53-1A-002-1(100)
1MHz
100kHz
100kHz
25℃
バイアス電圧
▲
1.5p.e スレッショルド
15℃
20℃
25℃
15℃
20℃
69.6
0.5p.e スレッショルド
311-32A-002-5(400)
1MHz
68.4
■
68.4
69.4
バイアス電圧
ゲイン測定
311-53-1A-002-1(100)
311-32A-002-5(400)
3×106
1×106
68.4
1×106
15℃
20℃
25℃
バイアス電圧
69.6
15℃
20℃
25℃
68.4
バイアス電圧
69.4
クロストーク率測定
311-53-1A-002-1(100)
15℃
20℃
25℃
0.3
68.4
バイアス電圧
311-32A-002-5(400)
15℃
15℃
20℃
20℃
25℃
25℃
0.3
69.6
68.4
バイアス電圧
69.4
PDE測定@T=15°
•縦軸の値はPMTとの相対的なPDE
▲ PDE
•クロストークの影響は差し引いてある
■
311-53-1A-002-7(100)
311-32A-002-5(400)
effective PDE
21-53-1A-14(100)
2
2
1
500
500
900
900
ノイズレート(kHz)
550
ノイズレート(kHz)
ノイズレート(kHz)
900
ノイズレート(kHz)
400
900
ノイズレート(kHz)
ファイバーからの光の広がりによって光量は50～60%になっている
efficiency
1ピクセル内
スキャン
RMS/mean=1.7%
400ピクセル
バイアス電圧=68.8V
クロストーク
ゲイン
0.25
RMS/mean=1.6%
全ピクセル
スキャン
efficiency
400ピクセル
バイアス電圧=68.8V
クロストーク
RMS/mean=3.4%
ゲイン
0.18
RMS/mean=2.9%