SiPM 광자 검출 효율 계산기

SiPM 광자 검출 효율 알아보기

실리콘 광증배기(SiPM)는 항복 전압보다 높은 전압에서 가이거 모드로 동작하는 애벌랜치 광다이오드 마이크로셀 배열입니다. 활성 영역에서 흡수된 광자는 전자-정공 쌍을 만들고 자체 유지되는 애벌랜치를 시작할 수 있습니다. 트리거된 각 마이크로셀은 측정 가능한 펄스를 생성하며, 전체 배열은 실용적인 전압에서 매우 약한 빛을 검출할 수 있습니다. 일반적으로 PDE로 줄여 쓰는 광자 검출 효율은 입사 광자가 기록되는 애벌랜치를 발생시킬 확률입니다. PDE는 양자 효율과 같지 않습니다. 양자 효율은 실리콘이 광자를 흡수해 유효한 전하 운반자를 생성할 확률을 나타냅니다. 애벌랜치 트리거 확률은 그 운반자가 가이거 방전을 시작하는지를 나타냅니다. 기하학적 충전율은 마이크로셀 사이의 비활성 구조를 반영합니다. 이들의 곱에 알려진 추가 수집 효과를 반영하면 검출기 PDE를 추정할 수 있습니다. 이 계산기는 550 nm 부근을 중심으로 하는 매끄러운 대표 실리콘 파장 응답, 과전압 기반 지수 트리거 모델, 입력한 충전율 및 완만한 온도 보정을 사용합니다. 공학 모델이며 제조사가 측정한 PDE 곡선을 대체하지 않습니다. 과전압은 바이어스 전압에서 항복 전압을 뺀 값입니다. 과전압을 높이면 일반적으로 애벌랜치 확률, 이득, 누화, 후속 펄스 및 암잡음이 증가합니다. 계산기는 양의 과전압을 요구하며 모델의 트리거 확률을 표시합니다. 항복 전압 자체도 온도에 따라 달라지므로 실험에서는 동작 온도에서 측정하거나 규정된 값을 사용해야 합니다. 여기의 단순 온도 계수는 감도 변화를 근사할 뿐이며 소자별 보정 계수를 대체하지 않습니다. 암계수율은 입사 신호 광자 없이 발생하는 애벌랜치를 측정합니다. 열에 의한 전하 운반자 생성 때문에 암계수율은 온도에 크게 의존하며, 특정 온도 간격마다 대략 두 배가 되는 경우가 많습니다. 계산기는 입력한 기준 계수율에 팔 도마다 두 배가 되는 모델을 적용합니다. 냉각은 저조도 성능을 크게 개선할 수 있지만 상관 잡음과 판독 전자 회로도 고려해야 합니다. 광학 필터 효율은 검출기 PDE에 추가로 적용하여 필터 앞쪽의 광자 중 검출로 이어지는 비율을 추정합니다. 파장 응답, 마이크로셀 형상, 제조 공정, 회복 시간, 포화, 누화 및 후속 펄스는 모두 실제 성능에 영향을 줍니다. 큰 마이크로셀은 충전율과 이득이 높은 경우가 많지만 같은 면적에 들어가는 셀 수가 적어 동적 범위가 줄어듭니다. 표시되는 시간 값은 마이크로셀 크기에서 도출한 비교용 추정치이며 보장된 분해능이 아닙니다. 이 계산기로 동작 시나리오를 비교한 뒤 정확히 해당 SiPM의 데이터시트 곡선과 측정값으로 설계를 확인하세요.

SiPM 효율 예제

계산기 사용 방법

1. 광학 측정의 파장과 동작 온도를 입력하세요.
2. 양의 과전압이 되도록 바이어스 전압과 항복 전압을 입력하세요.
3. 암계수율, 필터 효율, 충전율 및 마이크로셀 크기를 입력하세요.
4. SiPM 효율 계산을 선택하고 검출기 PDE와 전체 광학 효율을 비교하세요.

자주 묻는 질문