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ILC カロリーメータ用光検出器 MPPC の ピクセル数増加による基礎特性変化の研究

ILC カロリーメータ用光検出器 MPPC の ピクセル数増加による基礎特性変化の研究. 2010/03/11 筑波大学４年　倉本綾佳. 目的. 要求される性能 Gain 少なくとも 10 5 Noise Rate が 0.5p.e. ( 光電子 ) 相当の閾値で　　　　　 1MHz 以下 ピクセル間の Crosstalk が少ないこと　 など. を満たしていること およびピクセル数増加による基礎特性の変化を調べる。. 測定項目. 受光面サイズ 1.0×1.0mm 2 と 1.4×1.4mm 2 の MPPC において Gain Noise Rate

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ILC カロリーメータ用光検出器 MPPC の ピクセル数増加による基礎特性変化の研究

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  1. ILCカロリーメータ用光検出器MPPCのピクセル数増加による基礎特性変化の研究ILCカロリーメータ用光検出器MPPCのピクセル数増加による基礎特性変化の研究 2010/03/11 筑波大学４年　倉本綾佳

  2. 目的 • 要求される性能 • Gain 少なくとも105 • Noise Rateが0.5p.e. (光電子)相当の閾値で　　　　　1MHz以下 • ピクセル間のCrosstalkが少ないこと　など を満たしていること およびピクセル数増加による基礎特性の変化を調べる。 測定項目 受光面サイズ1.0×1.0mm2と1.4×1.4mm2のMPPCにおいて • Gain • Noise Rate • Crosstalk Probability • Response Curve の測定を行った。

  3. ADC Gate Analog In Clock Generator Delay Discriminator Gate Generator 1kHz AMP LED MPPC Function Generator Thermostatic Chamber (25℃) +V=1.33V PC 低電圧電源 A RS232C PCⅠ 測定したサンプル(Gain,Noise) • 1×1 [mm2] （pixel数：40×40） 　　　10コ • No9161 , No9175 No9177 , No9178 No9229 , No9230 No9231 , No9232 No9233 , No9235 • 1.4×1.4[mm2] （pixel数：3136(1.96倍)）　　　２コ • No6535 , No6538 Gain Set Up width 55ns

  4. Gain 1p.e. pedestal • ADC distribution • MPPC 2p.e. d : ピーク間距離 s : ADC分解能(0.25pC/ADCcount) e : 素電荷(1.6021×10-19C) A : アンプ増幅率(62.3倍) □：1.4×1.4mm2(No6538) ▲：1.0×1.0mm2(No9178) d (25℃) ( :降伏電圧) ( :over Voltage)

  5. Gain Sample (@OverV=3V) Gain 105を満たす。 C,V0　一致する (25℃)

  6. Noise Noise 0.5p.e.以上の信号 1.0p.e.相当 Scaler 3ch 1ch Discriminator 1MHz 2.0p.e.相当 Clock Generator Gate Generator PCⅠ 1Hz width 0.5s AMP ECL To NIM MPPC □：1.4×1.4mm2(No6538) ▲：1.0×1.0mm2(No9178) Discriminator Thermostatic Chamber (25℃) width 15ns PC 低電圧電源 A RS232C 0.5p.e.相当 GPIB 1.5p.e.相当 (25℃)

  7. Crosstalk □：1.4×1.4mm2(No6538) ▲：1.0×1.0mm2(No9178) Crosstalk Probability[%] (25℃) Noise & Crosstalk Sample (@OverV=3V) 1MHz以下 わずかに上昇 2.211±0.002倍 (25℃)

  8. Response Curve ・・・入射光量に対する応答 NIM/CAMAC ADC Gate Analog In CH1 CH2 d : ピーク間距離 A : アンプ増幅率(62.3倍) Clock Generator Delay Discriminator Gate Generator 1kHz 15ns/131ns width 75ns Discriminator Laser発光　⇒　Attenuatorの値をパラメータにし、ADC分布を測定。 Thermostatic Chamber (25℃) Laser MPPC Laser source Attenuator PMT 低電圧電源 HV LaserとMPPCとの距離：およそ1cm， Laserの大きさ：約直径2mm

  9. Response Curve □：1.4×1.4mm2(No6536) ▲：1.0×1.0mm2(No9178) : PMTとMPPCの相対的PDE 応答曲線の一番シンプルな式でフィット (25℃)

  10. まとめ 受光面サイズ1.0×1.0mm2・1.4×1.4mm2のMPPCの基礎特性の測定を行い、次のようなことが分かった。 • 受光面サイズ1.4×1.4mm2 • Gain 105得られた。(～3.55×105) • Noise Rate 0.5pe相当の閾値で1MHz以下(～640kHz) • Crosstalk Probability 6% • ピクセル数増加により • C・V0の変化は見られない。 • Noise Rateはピクセル数に依存して増加する。 • Crosstalk Probabilityはわずかに上昇した。 • ダイナミック・レンジが向上した。 (@OverV=3V)

  11. Back Up

  12. Noise 1.5p.e. (25℃)

  13. Response Curve AMP倍されている pedestal 1p.e. D = d/A d D ?×D pedestal 1p.e. ?p.e. (?= pixel数)

  14. PMT (25℃)

  15. HV Curve Attenuator 0dB Attenuator 11dB Attenuator 20dB (25℃)

  16. Response Curve NIM/CAMAC ADC Gate Analog In CH1 Clock Generator Delay Discriminator Gate Generator 1kHz 31ns/0ns width 75ns Discriminator Function Generator LED AMP MPPC 低電圧電源 Thermostatic Chamber (25℃) ・・・入射光量に対する応答 d : ピーク間距離 A : アンプ増倍率(62.3倍) ①LED発光　⇒　dを測定する。 NIM/CAMAC ADC Gate Analog In CH1 CH2 Clock Generator Delay Discriminator Gate Generator 1kHz 15ns/131ns width 75ns Discriminator Thermostatic Chamber (25℃) Laser MPPC Laser source Attenuator PMT ②Laser発光　⇒　Attenuatorの値をパラメータにし、ADC分布を測定。 低電圧電源 HV

  17. 読み出し回路

  18. AMP stability

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