受光面 1×1[mm2]と 1.4×1.4 [mm2]の

MPPCの基礎特性測定

09/12/10　筑波大学４年　倉本綾佳

目的

• サイズ 1.4×1.4[mm]のMPPCが ILCで使用可能であると言える条件を満たしているかを調べる。

–要求• Gain 少なくとも 105

• Noise Rateが 0.5pe相当の閾値で 1MHz以下• ピクセル間の Crosstalkが少ないこと

Gain①： Set Up

• Sample– 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 )）　　１コ

» No6535

25℃

d

• ADC distribution

• MPPC

Gain②

Ae

sdGain

firedbias NVVCQ 0

0VVe

C

Ne

QGain bias

fired

d : ピーク間距離s : ADC分解能 (0.25pC/ADCcount)e : 素電荷 (1.6021×10-19C)A : アンプ増倍率 (63倍 )

pedestal

1p.e.

2p.e.

0VVbias ( :over Voltage)

Gain③

Sample 1×1 1.4×1.4

Gain(@OverV=3V) 3.922×105 3.883×105

C [fF] 20.94±0.02 20.74±0.02

V0 [V] 69.42±0.03 69.35±0.03

Sample1.4×1.4（ No6535）

Sample1×1

10コ

Sample1×1

10コ

(25℃)

0VVe

CGain bias

Gain(105）

Capacitance [fF]

V0 [V]

Cou

ntC

ount

Cou

nt

Gain④

• どちらのサンプルも Gainの要求値 105を満たしている。

• 1×1と 1.4×1.4のサンプルでは Gain・ C・V0が近い値となっている。

サンプルのばらつきが見えている可能性あり。サンプルのばらつきが見えている可能性あり。

Noise①： Set Up

• Sample– 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コ

» No6535

Noise②• MPPCに光が入射しない状態で 0.5pe以上の信号を Noiseとする。

• Crosstalk Probability

)5.0(

)5.1(Pr

peVthtsscalercoun

peVthtsscalercounobabilityCrosstalk

Noise Rate [Hz]

Discri Threshold [mV]

322

1

2

)30(p

p

pVerfc

ppVNoiseRate thth

dttxerfcx

2exp2

Noise③1.4×1.4（ No6535）1×1

Sample 1×1 1.4×1.4(No6535)

Noise Rate [kHz] 291.2±16.5 653.2

Crosstalk Probability [%] 6.614±0.101 6.941 (25℃)

2.24倍1.05倍

1.05倍

Cou

ntC

ount

Noise Rate [kHz]

Crosstalk Probability [%]

Noise④

• Noise Rateはどちらのサンプルでも、 0.5pe相当の閾値で 1MHz以下となっている。

• ピクセル数が変化すると、– Noise Rateも変化する。（ピクセル数に依存）

– Crosstalk Probabilityはほぼ一致する。より多くの Sampleが必要。より多くの Sampleが必要。

今後の課題

• Gain・ Noiseの解析

• Response Curveの測定

Back Up

Gain_3gaussian@72.4[V]

1×1（ No9161） 1.4×1.4（ No6535）

Vbias=72.4[V]

(25℃)

Gain1×1（ No9161） 1.4×1.4（ No6535）

Sample 1×1 　 (No9161) 1.4×1.4(No6535)

Gain(@over Voltage3V) 3.923×105 3.883×105

C [fF] 20.95±0.16 20.74±0.02

V0 [V] 69.43±0.23 69.35±0.03(25℃)

0VVe

CGain bias

Gain

V0

Sample 1×1 1.4×1.4(No6535)

Gain(@over Voltage3V) 3.922×105 3.883×105

C [fF] 20.94±0.05 20.74±0.02

V0 [V] 69.42±0.01 69.35±0.03

Sample Sample

V0[V]C[fF]

C

1-10 : 1×1

11 : 1.4×1.4 (No6535)

Sample

(25℃)

GainGain

(25℃)

Sample

Gain(105)

Clock

Generator

Voltage

source

Gate

Generator

Voltage

source

LED

driver

ADC

Gate

Analog

In

Delay

AMP×63

Thermostatic chamber

LED

MPPCPC

CAMACWidth55ns1kHz

Noise_ThresoldCurve@72.0[V]

1×1（ No9161） 1.4×1.4（ No6535）

Vbias=72.0[V]

(25℃)

Noise_ThresoldCurve@72.4[V]

1×1（ No9161） 1.4×1.4（ No6535）

Vbias=72.4[V]

(25℃)

Noise1×1（ No9161）

1.4×1.4（ No6535）

Over Voltage 3Vのとき

Pixel数　 1.96倍

(25℃)

4.296NoiseRate 2.653NoiseRate

612.6Pr obabilityCrosstalk 941.6

2.20倍

1.05倍

Noise

Noise RateCrosstalk

Probability

SampleSample

Cro

ssta

lk P

roba

bilit

y [%

]

Noi

se R

ate

[kH

z]