SiPM光子検出効率計算機

SiPMの光子検出効率について

シリコン光電子増倍器（SiPM）は、降伏電圧を超える電圧でガイガーモード動作するアバランシェフォトダイオードのマイクロセルを並べた素子です。光子が有感領域に吸収されると電子正孔対が生じ、自己持続型のアバランシェを開始することがあります。作動した各マイクロセルは測定可能なパルスを生成し、配列全体で実用的な電圧のまま極めて弱い光を検出できます。光子検出効率は通常PDEと略され、入射光子が記録されるアバランシェを生む確率を表します。 PDEは量子効率と同じではありません。量子効率は、シリコンが光子を吸収して有効な電荷キャリアを生成する確率です。アバランシェ発生確率は、そのキャリアがガイガー放電を開始するかを表します。幾何学的な開口率は、マイクロセル間の不感構造を考慮します。これらの積に、既知であれば他の収集効果を加味して検出器のPDEを推定します。本計算機は 550 nm 付近を中心とする滑らかな代表的シリコン波長応答、過電圧に基づく指数型トリガーモデル、入力された開口率、緩やかな温度補正を使用します。工学モデルであり、メーカーが測定したPDE曲線の代わりにはなりません。 過電圧はバイアス電圧から降伏電圧を引いた値です。通常、過電圧を上げるとアバランシェ確率、ゲイン、クロストーク、アフターパルス、暗雑音が増加します。計算機は正の過電圧を必要とし、モデルによるトリガー確率を表示します。降伏電圧自体も温度で変わるため、実験では動作温度で測定または規定された値を使ってください。ここでの単純な温度係数は感度ドリフトの近似にすぎず、素子固有の補償係数を置き換えるものではありません。 暗計数率は、信号光子が入射していないときに発生するアバランシェを表します。熱的なキャリア生成により暗計数率は温度に強く依存し、ある温度間隔ごとにほぼ倍増することがよくあります。本計算機は入力された基準計数率に八度ごとに倍増するモデルを適用します。冷却で微弱光性能を大きく改善できますが、相関雑音や読み出し回路も考慮する必要があります。光学フィルター効率は検出器PDEの後に掛け合わせ、フィルターに入る前の光子のうち検出に至る割合を推定します。 波長応答、マイクロセル形状、製造プロセス、回復時間、飽和、クロストーク、アフターパルスはいずれも実性能に影響します。大きなマイクロセルは開口率やゲインが高い傾向がありますが、同じ面積に収まるセル数が減るためダイナミックレンジは小さくなります。表示される時間の値はセルサイズから導いた比較用の推定であり、保証された分解能ではありません。本計算機で動作条件を比較したうえで、使用するSiPMそのもののデータシート曲線と測定結果で設計を確認してください。

SiPM効率の例

計算機の使い方

1. 光学測定の波長と動作温度を入力します。
2. 過電圧が正になるようにバイアス電圧と降伏電圧を入力します。
3. 暗計数率、フィルター効率、開口率、マイクロセルサイズを入力します。
4. 「SiPM効率を計算」を選び、検出器PDEと総合光学効率を比較します。

よくある質問