数字硅光多极管的测试束表征
仪器与探测器
2025-08-08 v1
摘要
传统硅光多极管（SiPM）已成为具备单光子探测能力的光探测器，广泛应用于高能物理、医疗和商业领域。将单光子雪崩二极管（SPAD）制造于商业CMOS工艺中，使将SPAD矩阵与特定用途集成电路于同一晶体管芯片上成为可能。尽管dSiPM的潜力尚在探索中，但其在某些应用（如光学跟踪与测距（LiDAR））中已成为成熟技术。本文报道了一款原型dSiPM——采用LFoundry 150nm CMOS工艺制造并在DESY测试的原型芯片。该dSiPM的核心部分为32×32像素矩阵，每个像素包含四个SPADs、一个数字前端，尺寸为69.6×76 μm²。该芯片集成四个时间-数字转换器（TDC），并包含用于数据序列化和数据链路的其他电路。本文重点研究了该原型在DESY II Test Beam设施中基于电子束的表征，以评估其作为最小离子化质子（MIP）跟踪和时序探测器的能力。实验结果表明，MIP探测效率受填充因子主导，约为31%。入射MIP的位置可达约20 μm的精度测量，互动时间可达50 ps以上的精度（约85%的探测事件）。此外，还介绍了关于 breakdown voltage（击穿电压）、暗计数率和 crosstalk 概率的实验室研究，以及对此类传感器类型在粒子束中表征所需的实验方法。
引用
@article{arxiv.2412.06687,
title = {Test Beam Characterization of a Digital Silicon Photomultiplier},
author = {Finn King and Inge Diehl and Ono Feyens and Ingrid-Maria Gregor and Karsten Hansen and Stephan Lachnit and Frauke Poblotzki and Daniil Rastorguev and Simon Spannagel and Tomas Vanat and Gianpiero Vignola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.06687},
year = {2025}
}
备注
32 pages, 18 figures