Entwicklung eines Mikropixelsiliziumphotomultipliers

Conference: MikroSystemTechnik 2015 - MikroSystemTechnik Kongress 2015
10/26/2015 - 10/28/2015 at Karlsruhe, Deutschland

Proceedings: MikroSystemTechnik 2015

Pages: 4Language: germanTyp: PDF

Personal VDE Members are entitled to a 10% discount on this title

Authors:
Long, L.; Möller, Ch.; Ortlepp, Th. (CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH, Konrad-Zuse-Str. 14, 99099 Erfurt, Deutschland)

Abstract:
Siliziumphotomultiplier (SiPM) haben eine hohe interne Verstärkung und eine gute Zeitauflösung, und können in vielen unterschiedlichen Detektorsystemen eingesetzt werden. Die durch Polysilizium realisierten Quenchwiderstände beschränken jedoch den Füllfaktor und dadurch die Mikrozellengröße und die Photodetektionseffizienz, die für die Anwendungen sehr wichtig sind. Als eine Weiterentwicklung der Siliziumphotomultiplier wird ein neuer Lösungsansatz vorgeschlagen mit dem Ziel, die Photodetektionseffizienz und den Dynamikbereich zeitgleich zu erhöhen. Parallel dazu kann die Erholungszeit verkürzt werden. Basis dafür ist eine Mikrozellenmatrix aus in Serie geschalteter Avalanche-Photodioden (APD) und Transistor, die durch eine doppelte Epitaxie vertikal realisiert wird. Diese Struktur ersetzt die traditionellen Polywiderstände durch die internen effektiven Widerstände und ermöglicht die Herstellung sehr kleiner Mikrozellen mit gutem Füllfaktor. Systematische numerische Simulationen zeigen, dass in jeder Mikrozelle der Transistor einen effektiven Quenchwiderstand durch die interne Potentialbarriere bildet. Die interne Potentialbarriere ermöglicht den Betrieb im Geigermodus, wenn an dem Sensor eine Vorspannung, die größer als die Durchbruchspannung ist, angelegt wird. Der MPSPM besitzt eine interne Verstärkung und erholt sich automatisch. Außerdem besteht zwischen den Mikrozellen eine Potentialbarriere. Diese hat zur Folge, dass Photonen an unterschiedlichen Mikrozellen unabhängig voneinander Photoelektronsignal generieren können. Der Detektor kann Photonen bis zu einer bestimmten Sättigungsgrenze zählen. Die Grenze ist durch die Anzahl der Pixel bestimmt. Ein für blaues Licht optimierter Prototyp der MPSPM mit einer Fläche von 1mm2 mit bis zu 15000 Mikrozellen wurde prozessiert und evaluiert.