光センサーGの報告(2006/10/24) HPK 100pixel,400pixelの特性評価(京都)

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1 光センサーGの報告(2006/10/24) HPK 100pixel,400pixelの特性評価(京都)
HPK 1600pixel、低温での特性(ILC) PDEの波長依存(名古屋) 読み出しシステム(京都、KEK) Trip-Tでの読み出し回路を作成する 放射線損傷の測定 中性子 … 宮林(奈良女） 来年頭くらい？ γ … 久世G(東工大) セットアップをTITに用意

2 最新のサンプル 100,400pixel 100pixel×7 400pixel×7
T=20℃でgain、noise rateのばらつきを調べた

3 100pixel new old

4 100pixel geometrical efficiency
前のサンプルは46% 80μm efficiency= p.e.以上のevent / total event (光量に依存する) 100μm

5 400pixel new old

6 400pixel geometrical efficiency
前のサンプルも55% 37μm 50μm

7 100pixel noise rate vs gain(20℃)
old sample new sample

8 400pixel noise rate vs gain(20℃)
old sample new sample

9 100pixel noise rate vs ΔV(20℃)
noise rateの　　　ばらつきはbreakdown電圧のばらつきに起因している #8 #4 #5 #9 #6 #10 #7

10 400pixel noise rate vs ΔV(20℃)
noise rateの　　　ばらつきはbreakdown電圧のばらつきに起因している #8 #4 #5 #9 #6 #10 #7

11 breakdown電圧のばらつき 100pixel 400pixel number Vbd 1 69.3 2 68.6 3 68.7 4
68.8 5 69.0 6 7 68.4 8 9 10 number Vbd 1 68.5 2 68.4 3 68.6 4 68.3 5 6 68.8 7 8 68.2 9 69.1 10 68.1

12 １６００ pixel MPPC 各種特性の温度依存性 前田高志 （筑波大学）

13 Gain measurement C : Pixel capacity V0: Breakdown voltage ・30℃ ・25℃
・20℃ ・15℃ ・10℃ ・0℃ ・-20℃ C : Pixel capacity V0: Breakdown voltage

14 Noise Rate …熱電子によるダークカウント rate ・30℃ ・25℃ ・20℃ ・15℃ ・10℃ ・0℃ ・-20℃
Over voltage [V] = Vbias – V0(T) ・だいたい 100kHz～1MHz程度 ・温度、Over voltageが低い ⇒ ノイズが少ない

15 PDEの波長依存性測定方法 モノクロメータを用いて、ＱＥ×εgeomの値を350ｎｍ～900ｎｍの範囲で測定
ある波長のレーザーを用いてεGeigerを求める。

16 QE ×εgeom測定の原理 QE(l) 既知のフォトダイオード（PD）をリファレンスにする 同じ光量を照射時、電流∝QE
SiPM、PDそれぞれの電流を測る SiPMの逆バイアス電圧・・0Vで使用 ゲイン１の通常のPDとして扱う 全面照射ではないが、複数のピクセルに光があたっているのでQE ×εgeomだと思われる

17 セットアップQE ×εgeom モノクロメーター 260<l<900 フィルター  高次光をカット
レンズ  光をSiPMの 受光面サイズに絞る 目視で受光面にあわせる PDとSiPMを入れ替えて電流測定

18 複数回測定 同じサンプルを3回測定（連続せずに） 340nm以上では一致（ばらつき約5%） ばらつきの理由
SiPM受光面内へ光が完全に入っていない 温度 光源の光強度の安定性 l<300nmではレンズが蛍光しているかも もっと測定回数を増やしてエラーを調べる ロシア製556pixel

19 複数サンプル サンプル　受光面1mm2 HPK100・・浜松製100pixel HPK400・・浜松製400pixel　　 　　受光面1.1mm2　 　　　 MRS600・・ロシア(CSTP社)製556ｐｉｘｅｌ 340nm<l<600nm 立ち上がり方はサンプルによって異なる l=600nm 全サンプルでQE最大 MRS600: 45% HPK100: 51% HPK400: 53% l>600nm QEの落ち方はどれも似ている SiPMに特有の理由がある？ モノクロメーターからの光の角度が変わる？→レンズで絞った光が受光面からはみでる l=900nm MRS600: 11% HPK100: 21% HPK400: 18%

20 読み出し回路 (KEK 村上、京都 田口) KEK ScibarのエレキはMPPC用に使えないことがわかった  MPPCのノイズレート … ~1MHz VAのシェーピングタイム … ~1us D0 Trip-Tチップをつかった読み出し回路を製作する！

21 Readout of MPPC with SciVA(20℃)
100pixel noise rate=100kHz noise rate=240kHz

22 Test board 127mm 127mm IN1 IN15 IN16 IN31 IN32 Injection(test-pulse)in
VDDd;2.5V ＶＤＤａ;2.5Ｖ C=33pF Ｃｕｒｒｅｎｔ;103ｍＡ IN1 Ｄｏｕｔ;0－15 Test board IN15 AC Couple C=3pF IN16 127mm C=0.01uF R=689K IN31 127mm IN32 Injection(test-pulse)in 127mm TM2006/10/3

23 Trip-t chip 32ｐｉｎＱＦＰ 14mmSQ. TM2006/10/3

24 Trip-Chip128 base detector”フロントエンド = Fiber tracker (1000ch)
-Trip-t Chipは 　D0の“VLPC(Visible Light Photon Counter) base detector”フロントエンド = Fiber tracker (1000ch) ・A-out → Analog MUX → Pipeline(48bucketx32ch) ・t-out → Analog MUX → Pipeline(48bucketx32ch) ・Discri-out → Digital → Discriminator out(16ch) MCMⅡ(Multi Channel Module);2Trip Chipベア,ADC(AD9201),SpartanⅡXC2S30 AFEⅡ（Analog Front End Board); MCMⅡ,8LVDS‐MUX CPLD,8VSVX 　　CPLD,4Dual-FIFO，4MbitPROM(Xilinx)XC18V04VQ44C　 TM2006/10/3

25 KEKTrip-t Board Blockdiagram(‘06)
検討部分 　検出器(SiPM) Test pin 40芯2.54コネクタorHONDA;PCS-XE68LFD相当品 Test 1ch 32ch Analog in(neg.) VME PPG Module ±5V LVDS Conv. Trip-t chip +2.5V LabView (PXI-8331) AOut(N/P) ;～1V Control Sig. 2.5V swing TOut(N/P);～1V HONDA;PCS-XE68LFD相当品 Bias Sig. Driver；OPA685U/699 DOut(16ch);Trigger LEMO Out Header pin TM2006/10/3

26 KEKTrip-t Board Blockdiagramsh
次期 　検出器 HONDA;PCS-XE68LFD相当品 ±2.5V ・・・xN Trip-t chip Trip-t chip Trip-t chip AOut DOut(16ch) 5Sig. x2 ±5V DAC;MAX525BCAP Driver；OPA685U FPGA;Spaltan3E;XC3S1000/FG456 ・x2 5V LEMO Out 3.3V 1.2V LAN83C185-JT FastEthernet Transceiver(Intel) Fast Ethernet 10/100 Pulse H1012 3.3V Ethernet Connector TM2006/10/3

27 backup

28 TM2006/10/3

29 Gain Stage(Gx4) TM2006/10/3