Разработка кремниевого фотоумножителя для применения в астрофизике и физике высоких энергий

• Автор: Попова, Елена Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Детекторы света слабой интенсивности
1Л Вакуумные фотоэлектронные умножители
1.2 Полупроводниковые детекторы
1.2.1 Детекторы с отрицательной обратной связью
1.2.2 Гейгеровские фотодиоды
1.2.3 Кремниевые фотоумножители
Глава 2. Оптическая связь в 81ФЭУ
2.1 Влияние оптической связи на характеристики БЮЭУ
2.2 Возможные способы подавления оптической связи.
Исследование тестовых структур с различными способами
подавления оптической связи
Глава 3. Моделирование чувствительного к ультрафиолету БЮЭУ
3.1 Гейгеровская эффективность БЮЭУ
3.2 Квантовая эффективность 81ФЭУ
3.3 Моделирование технологического маршрута изготовления 81ФЭУ ...13 Глава 4. Экспериментальное исследование чувствительных
к ультрафиолету образцов 81ФЭУ с подавлением
оптической связи
4.1 Характеристики 81ФЭУ
4.2. Тайловый адронный калориметр для Международного
линейного коллайдера

4.2.1 Требования к БЮЭУ для применения в тайловом
адронном калориметре
4.2.2 Детектирующий элемент на основе прямого
считывания сцинтилляционного тайла
4.3. Гамма-астрономия и эксперимент MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cerenkov Telescope)
4.3.1. Требования к SicPOY для применения в эксперименте MAGIC
4.3.2. Прототип охлаждаемого модуля для эксперимента MAGIC
4.4. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ.
Для регистрации импульсного оптического излучения малой интенсивности используются различные типы фотодетекторов - приборов, преобразующих энергию фотонов в электрический сигнал. Однако для регистрации ультраслабых потоков - на уровне одиночных фотонов -наиболее широкое распространение получили вакуумные фотоэлектронные умножители — ФЭУ [1]. Эти приборы постоянно совершенствуются, эффективность преобразования излучения в современных конструкциях ФЭУ достигает 45%, спектральный диапазон чувствительности расширяется [2].
Основными недостатками, которые препятствуют использованию ФЭУ в некоторых конкретных применениях, являются большие размеры, высокое напряжение питания и чувствительность к магнитным полям.
Эти недостатки ФЭУ стали причиной активной разработки твёрдотельных приборов на основе полупроводниковых материалов, использующих явление внутреннего фотоэффекта.
Полупроводниковые приборы с внутренним усилением заряда, обусловленным ударной ионизацией — лавинные фотодиоды (ЛФД), были разработаны более 50 лет назад [3]. Достоинствами ЛФД являются их высокое быстродействие, высокая квантовая эффективность (до 90 %) и широкий динамический диапазон. Промышленные образцы кремниевых ЛФД, работающие в пропорциональном режиме, имеют коэффициент усиления - порядка 102, использование специальных технологий позволяет изготавливать ЛФД с коэффициентом усиления до ~103 [4]. При таком коэффициенте усиления сигнал от одиночного фотоэлектрона уже мог бы превысить уровень шумов усилителя, однако флуктуации коэффициента умножения в ЛФД не позволяют зарегистрировать световые импульсы, содержащие менее 20-50 фотонов при комнатной температуре [5].

Отсюда:
хо =-1п(Р(0))
(2.1.2)
ЭЛЛа! J ’
где 8(о1а1 - полная статистика в спектре, 8о — число событий под «нулевым» пиком.
В данном разделе все приведенные погрешности определяются выбором положения минимального и максимального каналов гистограммы, используемой при расчете статистических величин.
Различие в оценке среднего значения количества сработавших ячеек по амплитудному (зарядовому) распределению сигналов вЮЭУ объясняется искажением, вносимым оптической связью в это распределение. Примеры одноэлектронных зарядовых распределений сигналов 81ФЭУ со значительным, -60% (а) и малым ~ 1% (б) коэффициентом оптической связи показаны на рис. 2.3. При этом количество первичных, сработавших на внешнюю вспышку света пикселей, практически одинаково и равно Пр1Хо=4.30±0.05. При анализе спектра, соответствующего 81ФЭУ с высокой оптической связью, видно, что за счет срабатывания ячеек от вторичных фотонов уменьшается доля сигналов с малыми амплитудами и увеличивается - с большими. Ширина распределения также растет.
Рассмотрим подробнее распределение сигналов 81ФЭУ с большой связью (рис.2.За).
Оценим количество сработавших ячеек Пр!х_№ по ширине распределения:

(2.1.3)