位置灵敏硅光电倍增器的研究取得重要进展
2018-06-04 09:25:57   来源:微迷   评论:0   点击:

北京师范大学在盖帽电阻层位置灵敏硅光电倍增器(CRL-SiPM)的研究取得重要进展,所研发的一维CRL-SiPM具有两个正面电极和一个背电极,以表面连续电阻层实现雪崩电荷的传输与分配,以外延层电阻实现雪崩淬灭,表现出了良好的光子数分辨特性和位置灵敏特性。

据麦姆斯咨询报道,北京师范大学新器件校级实验室(NDL)在盖帽电阻层位置灵敏硅光电倍增器(CRL-SiPM)的研究取得重要进展,所研发的一维CRL-SiPM具有两个正面电极和一个背电极,以表面连续电阻层实现雪崩电荷的传输与分配,以外延层电阻实现雪崩淬灭,表现出了良好的光子数分辨特性和位置灵敏特性。当平均光电子数为0.11时,位置测量误差为29.6 μm。单光子位置分辨率为393.4 μm。当光电子数从1增加到7时,位置分辨率从393.4 μm提高到56.2 μm。室温下,利用一维CRL-SiPM通过探测单光子事件实现四氯化碳(CCl4)拉曼光谱测量。结果表明,工作在室温的一维CRL-SiPM具有单光子探测灵敏度,兼具了CCD(多通道快速测量)和PMT(高增益、快速光响应和简单的读出电子学)的优势,为激光光谱测量提供了一种新的探测器解决方案[1]。

盖帽电阻层位置灵敏硅光电倍增器

图1 一维CRL-SiPM (a)剖面图和(b)俯视图,(c)实际光斑位置与探测位置对比,(d)位置分辨率与响应光电子数关系,(e)利用一维CRL-SiPM测量CCl4拉曼光谱的空间分布和(f)光谱分布

NDL研发的二维CRL-SiPM具有四个正面电极和一个背电极,以盖帽电阻层实现雪崩电荷的传输与分配,以外延层电阻实现雪崩淬灭,通过算法上的创新解决了位置畸变和信号传输时间延迟等问题[2-3],并具有良好的光子数分辨特性。在平均光电子数为14时,器件的位置测量误差为44.5 µm,系统响应函数达到了177.6 ps (FWHM),单光子位置分辨率为240.7 µm。当平均光电子数从2.3增加到42时,位置分辨率从214.9 µm单调提升至19.3 µm。这种位置灵敏SiPM具有较小的位置测量误差、较高的位置分辨率、较高的微单元密度、较好的时间分辨率和较少的电子学读出通道数,预期在小动物PET 等高分辨弱光成像领域具有广阔的应用前景。

盖帽电阻层位置灵敏硅光电倍增器

图2 二维CRL-SiPM (a)剖面图和(b)俯视图,(c)不同光照位置的器件响应时间(单位ps),(d)不同光照位置下器件测量所得位置,(e)位置分辨率与平均光电子数(MPEN)关系(插图为单光子位置分辨率),(f)器件响应的脉冲面积分布谱

参考文献:

[1]“One-dimensional single-photon position-sensitive Silicon photomultiplier and its application in Raman spectroscopy” Optics Express, 2017, 25(19):22820-22828.

文章链接:https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-19-22820

[2]“New distortion correction algorithm for two-dimensional tetra-lateral position-sensitive Silicon photomultiplier”,IEEE Electron Device Letters, 2017, 38(2):228-231.

文章链接:http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8252925

[3] “High-time resolved two-dimensional tetra-lateral position-sensitive Silicon photomultiplier”, IEEE Electron Device Letters, 2018, 39(2):232-235.

文章链接:http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=7790879

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