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oe1(光电查) - 科学论文

8 条数据
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  • 基于?Li玻璃闪烁体和数字SiPM阵列的固态位置灵敏中子探测器原型开发

    摘要： 光电倍增管（PMT）已广泛用作冷中子和热中子闪烁探测器的首选光电检测器。然而，基于PMT的闪烁中子探测器存在对磁场敏感、工作电压高（>1千伏）等局限，这促使人们为这些应用寻找替代光电检测器。硅光电倍增管（SiPM）以单光子模式运行，工作电压低于PMT（约20-70伏），且不受磁场影响。SiPM还具有生产成本低、体积紧凑、读出速率高等特点，使其成为替代此类设备中光电检测器部分的潜在候选方案。因此，我们正在开发基于SiPM技术的闪烁中子探测器。该探测器原型具有13厘米×13厘米的有效探测面积，计划未来用于德国加兴海因茨·迈尔-莱布尼茨中心（MLZ）的TREFF仪器进行中子反射实验。本文报道了该探测器的设计理念、研发进展及优化设计的模拟结果。

    关键词： Geant4、中子闪烁探测器、冷中子与热中子、硅光电倍增管（SiPM）

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 具有尖锐时间响应和降低相关噪声的0.16微米BCD硅光电倍增管

    摘要： 硅光电倍增管（SiPMs）近年来性能显著提升，现已广泛应用于多个领域。但商用SiPM采用的定制化制造技术无法集成额外电子元件（如片上读出电路与模拟/数字处理电路）。本文展示了两款基于0.16微米BCD（双极-互补金属氧化物半导体-双扩散金属氧化物半导体）工艺的微电子兼容型SiPM设计及特性：芯片总面积0.67毫米×0.67毫米，含10×10方形像素阵列，填充因子达53%。其光子探测效率（PDE）超过33%（含填充因子），暗计数率（DCR）为33万次/秒。虽然暗计数密度逊于最新一代SiPM，但该制造工艺能开发基于SiPM探测器的低成本片上系统（SoC）。此外，相关噪声成分（后脉冲与光学串扰）及光子计时响应均达到顶级商用SiPM水平。

    关键词： 硅光电倍增管（SiPM）、光子计数、光子数分辨率、光学串扰、时间相关单光子计数（TCSPC）、后脉冲

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 采用0.35微米CMOS工艺制造的面积达9平方毫米的硅光电倍增管

    摘要： 采用标准互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造的硅光电倍增管，是现代弱光子通量传感器应用的基础。这类器件实际上能将基于晶体管的电子元件集成于传感器内部，并提供智能化的读出策略。本文研究了0.35微米CMOS工艺在大面积器件上的可扩展性，报道了总面积分别为1平方毫米、4平方毫米和9平方毫米的硅光电倍增管的设计与特性。串扰、420纳米波长下的光子探测效率、2.5伏过压增益以及击穿电压温度系数均与传感器总面积无关，其数值分别为10%、35%、2.5×10^6和35毫伏/开尔文。暗计数率随器件总面积按180千赫兹/平方毫米的比例增长。总输出电容、单光子信号衰减时间以及单光子时间分辨率则与器件面积相关：1平方毫米、4平方毫米和9平方毫米硅光电倍增管分别获得66.9皮法、270.2皮法和554.0皮法的电容值；(27.1±0.1)纳秒、(50.8±0.1)纳秒和(78.2±0.1)纳秒的衰减时间；以及(77.97±0.51)皮秒、(201.67±0.98)皮秒和(282.28±0.86)皮秒的单光子时间分辨率。

    关键词： 互补金属氧化物半导体、硅光电倍增管（SiPM）、雪崩击穿结构、脑正电子发射断层扫描传感器

    更新于2025-09-23 07:42:20

  • [2018年IEEE核科学研讨会与医学成像会议（NSS/MIC）- 澳大利亚悉尼（2018.11.10-2018.11.17）] 2018年IEEE核科学研讨会与医学成像会议论文集（NSS/MIC）- 钠碘探测器耦合光电倍增管与硅光电倍增管的比较

    摘要： 碘化钠闪烁体已广泛应用数十年。近年来，基于半导体技术的新型光电传感器——硅光电倍增管（SiPM）备受关注，并已在部分应用中开始取代传统光电倍增管（PMT）。本研究对比了两种同尺寸晶体NaI探测器的性能：一种耦合PMT，另一种耦合SiPM阵列。两种探测器响应均呈现良好线性，但NaI-SiPM探测器在高能伽马射线照射时出现饱和迹象。研究分析了-20至50℃温度范围内探测器的波形特征与能量分辨率。由于SiPM电容效应，NaI-SiPM探测器的波形衰减常数显著长于NaI-PMT探测器。固定成形时间下，两种探测器的能量分辨率均随温度变化，但通过根据温度合理选择成形时间，NaI-SiPM探测器的能量分辨率可达到与NaI-PMT探测器相当的水平。

    关键词： 碘化钠闪烁体、硅光电倍增管（SiPM）、能量分辨率、光电倍增管（PMT）、温度依赖性

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 利用量子纠缠光子测量多像素硅光电倍增管阵列的绝对光子探测效率

    摘要： 可见泵浦光子的自发参量下转换（SPDC）是利用非线性晶体（如β-硼酸钡）产生两个能量较低、量子纠缠的光子（QEPs），这些光子通常处于近红外（NIR）波段。由于检测到一个QEP就意味着其纠缠孪生光子必然存在，QEPs曾被用于通过额外触发探测器测量时间重合事件，从而在不依赖校准参考探测器的情况下评估待测探测器的绝对光子探测效率（PDE）??(??)，即?????? ?? (??)。本文概述了QEP绝对PDE测量技术，并提出该技术的扩展方案——针对多像素阵列中每个像素提供独立信号输出的情况，测量各像素的??(??)。通过将多像素阵列中所有像素视为不可区分体，蒙特卡洛模拟表明该测量的对称性允许确定每个像素的??(??)。研究还提出了利用64像素SiPM阵列结合64通道波形数字化?？槭迪指眉际跏笛椴饬康氖凳┞肪?。

    关键词： 硅光电倍增管，SiPM，光子探测效率，量子纠缠

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 基于SiPM的可穿戴近红外光谱接口与脉冲激光源集成系统

    摘要： 我们展示了一种微型化探针的设计方案，该方案将硅光电倍增管与光脉冲电子器件集成于单个2×2平方毫米的CMOS芯片中，芯片包含快脉冲激光驱动器、同步单光子探测电路等功能?？?。光子脉冲既可在片上计数，也可通过时间相关单光子计数（TCSPC）等外部高速电子?？榇?。该集成电路既可组装在印刷电路板（PCB）上，也可集成于1厘米尺寸的2.5D硅中介层平台，并与硅光电倍增管（SiPM）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）及电容器、电阻器等辅助元件连接。我们通过集成光学接口来优化小活性区域的光收集和垂直腔面发射激光器（VCSEL）的光发射，这种方案将因显著缩小光极尺寸并消除光纤需求，推动其在临床多领域的应用，并改变近红外光谱（NIRS）硬件设备的商业格局。

    关键词： 近红外光谱技术（NIRS）、时域（TD）、互补金属氧化物半导体（CMOS）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）、硅光电倍增管（SiPM）、光学探头

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 一种用于核成像的先进100通道读出系统

    摘要： 从大规模硅光电倍增管（SiPM）阵列中读取信号是阻碍革命性SiPM技术在核成像系统中应用的基础性技术障碍。传统方法需要使用专用集成电路（ASIC），其开发过程漫长、迭代频繁，且依赖特殊专业知识和工具。皮秒正电子发射断层扫描（Pico-PET）电子系统是一种基于1位Σ-Δ调制和现场可编程门阵列（FPGA）的先进百通道读出系统，该系统体积小巧（6×6×0.8立方厘米）、功耗极低（不足3瓦），并采用市售低成本元件构建。实验研究表明，Pico-PET系统展现出卓越且稳定的性能表现。此外，它还具备核成像系统必需的独特功能，例如能精确、同步且实时地测量100个SiPM的V-I特性曲线、击穿电压及暗电流。FPGA提供的灵活性支持多通道聚类分析及针对不同探测器设计的智能触发功能——这些备受业界青睐的特性是现有核成像专用ASIC和电子系统均未实现的。我们认为，Pico-PET电子系统为长期制约SiPM先进核成像技术发展的瓶颈问题提供了切实可行的解决方案。

    关键词： 硅光电倍增管（SiPM）、读出电子学、现场可编程门阵列（FPGA）、核成像、Σ-Δ调制

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 韩国科学技术院-国家纳米制造中心开发的p-on-n型硅光电倍增管响应度提升的结构工程优化

    摘要： 本文描述了韩国科学技术院-国家纳米制造中心（KAIST-NNFC）开发的p-on-n型硅光电倍增管（SiPM）的电学与光学特性。我们重点对比了新旧版本在多项SiPM参数上的差异，以突显通过内部结构优化实现的性能提升。新版本传感器采用200毫米n型掺杂外延硅晶圆制造，其陡峭p+/n结结构与旧版0.18微米CMOS工艺传感器完全一致?；谇捌谘芯?，改进版传感器对结区形成的快速热处理（RTP）条件和离子注入工艺进行了多项调整。实验证明：通过改良RTP条件，反向电流降低超过四个数量级；此外，内部结构优化使击穿电压降低近20%，蓝光波段的光电探测效率（PDE）提升近两倍。

    关键词： 硅光电倍增管，SiPM，p-on-n结构

    更新于2025-09-04 15:30:14