《硅光電倍增管性能測試方法》征求意見稿

1硅光電倍增管關(guān)鍵性能表征方法本文件適用于SiPM性能的測試，與芯片尺寸、像素?cái)?shù)目、封裝形GB/T15651半導(dǎo)體器件分立器件和集成電路第5部分：光電子器件GB/T11499-2001和GB/T15651界定的以及下列術(shù)語、定義適用于本文VBRIDVovMDCR探測效率photondetectioneffiPDE單光子時(shí)間分辨率single-photontimSPTR2后脈沖afterpulsingAP雪崩產(chǎn)生的載流子被材料中缺陷、陷阱等俘獲后再釋放觸發(fā)雪崩的電學(xué)信號(hào)。后脈沖信號(hào)幅度一般比雪崩信號(hào)脈沖幅度小，且發(fā)生在雪崩信號(hào)脈沖之后。CT某一像素觸發(fā)相鄰像素雪崩的概率。線性度linearity規(guī)定時(shí)刻范圍內(nèi)，終端時(shí)刻與初始時(shí)刻觸發(fā)脈沖幅度相對變化率與入射到靶面的光子數(shù)目相對變化率之比，即A(4)一初始時(shí)刻入射到靶面的光子數(shù)目Aw(t?)—終端時(shí)刻入射到靶面的光子數(shù)目Ap(4)一初始時(shí)刻觸發(fā)脈沖幅度動(dòng)態(tài)范圍dynamicrange線性響應(yīng)范圍內(nèi)，硅光電倍增管探測到的最大光子數(shù)與最小光子數(shù)的比值。上升時(shí)間risetime觸發(fā)脈沖上升沿幅度的10%與90%之間的平均時(shí)間間隔。4一般要求4.1總則硅光電倍增管測試的具體要求應(yīng)在相關(guān)文件中規(guī)定，若不指明出處時(shí)，本標(biāo)準(zhǔn)中使用“按規(guī)定”一詞時(shí)，指按相關(guān)文件的規(guī)定。4.2測試儀器儀表各相關(guān)參數(shù)的測試儀器儀表應(yīng)預(yù)先進(jìn)行計(jì)量檢定或校準(zhǔn)。4.2.2直流測試儀器準(zhǔn)確度優(yōu)于0.02%,寬帶噪聲優(yōu)于2mV。4.2.3示波器帶寬應(yīng)高于待測硅光電倍增管的觸發(fā)脈沖頻率，采樣率至少高于觸發(fā)脈沖頻率的2倍。4.2.4脈沖激光光源激光光源的時(shí)間抖動(dòng)至少小于待測硅光電倍增管時(shí)間抖動(dòng)的1/2。3T/XXXXXXX—XXXXb)相對濕度：25%～75%;b)測試系統(tǒng)要有足夠測量預(yù)熱時(shí)間，待測硅光電倍增管的全部光電參數(shù)應(yīng)在熱平衡下進(jìn)行；a)按圖1連接測試系統(tǒng)；b)設(shè)置施加在試樣兩端的反向偏置電壓掃4 5.2.2.1測試步驟c)曲線中電流拐點(diǎn)對應(yīng)的電壓即為反向擊穿電壓。5.2.2.2規(guī)定條件5.2.3光照法5.2.3.1測試步驟c)曲線中電流拐點(diǎn)對應(yīng)的電壓即為反向擊穿電壓。5.2.3.2規(guī)定條件a)環(huán)境測試溫度；5.2.3.3注意事項(xiàng)5穩(wěn)壓源 計(jì)算機(jī)整形器多通道分析儀穩(wěn)壓源穩(wěn)壓源 計(jì)算機(jī)整形器多通道分析儀穩(wěn)壓源待測硅光電倍增管待測硅光電倍增管c)按公式（1）和（2）計(jì)算待測硅光電倍增管的增益M。CNcell—硅光電倍增管微元數(shù);待測硅光電倍增管待測硅光電倍增管電荷放大器5.3.3.1測試步驟d)根據(jù)電荷放大器放大倍數(shù)和多通道算出該偏置電壓下單倍幅值脈沖對應(yīng)的凈輸出電荷即為增益M；m—放大器放大倍數(shù)。e)按照上述方法測試得到不同偏置電壓下的增5.3.3.2規(guī)定條件5.3.3.3注意事項(xiàng)6 5.4.2.1測試步驟b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，在待測硅光電倍增管兩端施加規(guī)定反向偏置電壓；c)測試時(shí)間T內(nèi)高于規(guī)定閾值的脈沖計(jì)數(shù)Nd；d)按公式（4）得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向偏置電壓下的暗計(jì)數(shù)率DCR。5.4.2.2規(guī)定條件a)環(huán)境測試溫度；b)反向偏置電壓；5.4.2.3注意事項(xiàng)a)除使用示波器外，還可以采用計(jì)數(shù)器；5.4.3.1測試步驟b)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源，在待測硅光電倍增管兩端施加規(guī)定反向偏置電壓；d)按公式（5）得到不同比較閾值下待測硅光電倍增管的計(jì)數(shù)率DCR；5.4.3.2規(guī)定條件b)反向偏置電壓。7b)測試中若出現(xiàn)堆疊現(xiàn)象，可以采用高通濾波器對輸出波形進(jìn)行整形以消除干擾。c)若此方法測量得到的結(jié)果與脈沖計(jì)數(shù)法得到的暗計(jì)數(shù)率結(jié)果誤差超過10%,以脈沖計(jì)數(shù)法為準(zhǔn)。a)按照圖5連接測試系統(tǒng)；c)統(tǒng)計(jì)時(shí)間窗口T范圍內(nèi)大于低、高閾值的脈沖計(jì)數(shù)Na和Nz;d)按公式(6)得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向偏置電壓下的瞬時(shí)串?dāng)_CTp。c)高、低閾值一般選擇1.5pe與0.5pe。a)按照圖5連接測試系統(tǒng)；d)直方圖左數(shù)第一個(gè)包絡(luò)包含計(jì)數(shù)記為G,直方圖總個(gè)數(shù)為S按公式(7)得到待測硅光電倍增CT=G/S8暗室脈沖激光衰減器待測硅光電倍增管積分球示波器暗室脈沖激光衰減器待測硅光電倍增管積分球示波器功率計(jì)功率計(jì)放大電路5.6.2.1測試步驟脈沖平均光子數(shù)N；e)根據(jù)公式（9）計(jì)算有效光計(jì)數(shù)r；-Nd2)f)根據(jù)泊松分布及公式（10）得到每激光脈沖探測到的平均光子數(shù)n；g)根據(jù)公式（11）得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向偏置電壓下的PDE。PDE=n/N5.6.2.2規(guī)定條件a)環(huán)境測試溫度；5.6.2.3注意事項(xiàng)b)積分球出口出應(yīng)再次測量激光脈沖頻率以確保光功率標(biāo)定。9待測硅光電倍增管衰減器放大電路示波器待測硅光電倍增管衰減器放大電路示波器功率計(jì)暗室脈沖激光光源脈沖激光光源5.7.2.1測試步驟d)在待測硅光電倍增管上施加規(guī)定的反向偏置電壓，通過在線或離線的方式篩選真實(shí)的單光子f)按公式（10）得到待測硅光電倍增管在規(guī)定反向t=（10）?—脈沖激光時(shí)間分辨率；5.7.2.2規(guī)定條件a)環(huán)境測試溫度；5.7.2.3注意事項(xiàng)暗室激光光源待測硅光電倍增管電流表暗室激光光源待測硅光電倍增管多通道分析儀暗室激光光源待測硅光電倍增管電流表暗室激光光源待測硅光電倍增管多通道分析儀衰減器5.8.2.1測試步驟c)在待測硅光電倍增管上施加規(guī)定的反向偏置電壓，連續(xù)增大光功率并同時(shí)記錄相對應(yīng)的電流值I；Ie)得到光功率與光電流曲線，即為線5.8.2.2規(guī)定條件a)環(huán)境測試溫度；5.8.2.3注意事項(xiàng)衰減器5.8.3.1測試步驟5.8.3.2規(guī)定條件b)反向偏壓。5.8.3.3注意事項(xiàng)5.9.2.1測試步驟5.9.2.2規(guī)定條件[1]Acerbi,F.,Gundacker,S.,UnderstandingandsimulatingSiPMs.NuclearInstrumentsandMPhysicsResearchSectionA:Accelerators,Spectrometers,DetectorsandAssociatedEquipment,926,16-35,2019.[2]Eckert,P.,Schultz-Coulon,H.C.,Shen,W.,Stamen,R.,Tadday,A.,Characterisationstudiesofsiliconphotomultipliers.NuclearInstrumentsandMethods