CLARO-CMOS, a very low power ASIC for fast photon counting with pixellated photodetectors
CMOS是一种专用集成电路（ASIC），设计用于使用像素化光电探测器（如多阳极光电倍增管（Ma-PMT）、微通道板（MCP）和硅光电倍增器（SiPM））进行快速光子计数。第一个原型有四个通道，每个通道都有一个可设置增益的电荷敏感放大器和一个可设置阈值的放大器，为每个通道独立提供快速命中信息。该设计采用成熟、稳定且廉价的0.35 um CMOS工艺实现，在速度和功耗方面具有出色的性能。该原型在低速率下每通道功耗小于1 mW，在事件速率为10 MHz时每通道功耗小于2 mW。对于阈值以上10倍以内的输入信号，每个脉冲后的恢复时间小于25 ns。输入参考RMS噪声约为7.7 ke^-（1.2 fC），输入电容为3.3 pF。由于低噪声和高速度，对于几百万电子的典型光电倍增管信号，测量的时序分辨率低至10 ps RMS，对应于这些探测器的单光子响应。
2012-09-03 physics.ins-det
Modeling crosstalk in silicon photomultipliers
光学串扰严重限制了硅光电倍增器的光子计数分辨率。在这项工作中，现实的分析模型来描述这些光电探测器的响应的串扰效应，并与实验数据进行比较。所提出的模型是基于这样的假设，即阵列的每个像素具有有限数量的可用相邻像素以通过串扰激发。死区效应和邻居之间的串扰的传播的几何方面考虑到在不同的邻居配置的模型。简单的表达式来解释串扰对脉冲高度谱的影响，以及评估由于串扰的多余的噪声因子也给出了。在暗计数条件和脉冲照明下进行专用测量。此外，研究了后脉冲对测量的脉冲高度谱的影响，并报道了像素恢复时间的测量。通过详细的波形分析获得了高分辨率的脉冲高度谱，其结果已被用来验证我们的串扰模型。
2013-02-06 physics.ins-det
Study of Scintillator Strip with Wavelength Shifting Fiber and Silicon Photomultiplier
讨论了$200\times2.5\times1$ cm $^3$塑料闪烁体条的性能，该闪烁体条采用波长移动光纤读出，由两种新型光电探测器硅光电倍增器（SiPMs）读出。显示了SiPM相对于传统多通道光电倍增管的优势。光产额和光衰减测量。这种技术可用于μ介子或量热计系统。
2007-12-27 physics.ins-det
Characterization and on-field performance of the MuTe Silicon Photomultipliers
Muon望远镜是哥伦比亚的一个火山成像实验。它由闪烁体跟踪系统和用于粒子沉积能量测量的水切伦科夫探测器组成。MuTe在温度梯度高达$10$ $^{\circ}$ C的高海拔环境中自主运行。在这项工作中，我们的特点的击穿电压，增益和噪声的望远镜硅光电倍增器的温度变化跨越$0$ $40$ $^{\circ}$ C。我们证明了MuTe hodoscope的鉴别阈值必须高于5 pe，以避免由于SiPM暗计数、串扰和后脉冲而造成的污染。我们还评估了穆特计数率取决于昼夜温度变化。
2021-02-01 hep-ex physics.ins-det
Full Characterization of the First 1 Inch Industrial Prototype of a New Concept Photodetector
本研究介绍了新型光探测器VSiPMT的设计思路，即采用硅光电倍增管替代传统光电倍增管的打拿极链，同时呈现了滨松光子学制造的1英寸工业原型的全面表征结果，验证了其低功耗、优光子计数等优异性能。
2017-06-19 hep-ex physics.ins-det
A setup for the precision measurement of multianode photomultiplier efficiency
在许多应用中，例如使用空气荧光方法探测超高能宇宙射线，入射到探测器上的光子数必须是已知的。这需要精确了解所用光电探测器的绝对效率。本文介绍了一种测量多阳极光电倍增管单光电子增益和效率的实验装置，其总不确定度为百分之几。通过与NIST校准的光电二极管进行比较，获得了这种精度，并且所提出的方法可以应用于真空光电倍增管和其他光电探测器。这项工作的动机是需要校准EUSO气球仪器的焦面，这是未来JEM-EUSO任务的技术开拓者。本文全面讨论了光电倍增管的校准问题，并详细讨论了效率测量技术。最后给出了算例，说明了方法的要点.
2014-06-23 hep-ex physics.ins-det
Neutron irradiation damage on Silicon Photomultipliers and electrical annealing studies for the CBM RICH detector
本文评估了三种SiPM在中子辐照下的辐射硬度，发现辐照显著增加暗电流、暗计数率和后脉冲并降低增益与光子分辨率，并验证250°C/30 min电退火可有效恢复性能。
2025-09-23 hep-ex physics.ins-det
Silicon Photomultipliers in the CMS Upgrade
University of Notre Dame（圣母大学）；Institute of Nuclear Research（核物理研究所）
本文讨论硅光电倍增管在CMS探测器升级中的广泛应用，包括Phase I和Phase II阶段的实施，以及针对不同子探测器面临的挑战和解决方案。
2026-06-15 physics.ins-det
Measurements of Cherenkov Photons with Silicon Photomultipliers
一种新的光子探测器，硅光电倍增器（SiPM），已在接近聚焦环成像切伦科夫（RICH）计数器，暴露于宇宙射线粒子在卢布尔雅那，并在KEK研究设施的2 GeV的电子束进行了测试。这种类型的RICH检测器是KEK B工厂BELLE检测器的粒子识别检测器升级的候选产品，由于存在高磁场，因此必须使用SiPM、微通道板光电倍增管或混合雪崩光电检测器，而不是传统的光电倍增管（PMT）。在这两个实验中，发现SiPM与PMT相比更有利，每单位面积的光子探测率更高。通过使用半球形和截棱锥光导将光子集中到有效表面区域上，光输出显著增加。还提出了阵列中SiPM之间的假重合对暗噪声的贡献的估计。
2008-12-02 physics.ins-det
Performance of Silicon photomultipliers at low temperatures
本文实验表征ONSEMI与Hamamatsu两款SiPM在90 mK至40 K的低温性能，测量PDE、暗计数率等并揭示隧穿击穿及热循环稳定性。
2025-01-09 physics.atom-ph physics.ins-det
Characterization of Three High Efficiency and Blue Sensitive Silicon Photomultipliers
本文报道了FBK、Hamamatsu和SensL公司生产的三种高效率蓝光灵敏硅光电倍增器的光学和电学特性。当在90%击穿概率下操作时，所测试器件的关键特征是峰值光子检测效率在40%和55%之间，增益和PDE的温度依赖性小于1%/ $^{\circ}$ C，室温下$\sim$ 50 kHz/mm $^{2}$的暗速率，约2%的后脉冲，以及6%和20%之间的直接光学串扰。这三种器件的特性令人印象深刻地展示了硅光电倍增管技术在过去十年中的进步。它进一步证明了如何的电压和温度特性的数量可以参数化的物理模型的基础上。该模型提供了一个更深入的了解在宽的偏置和温度范围内的器件特性。它们还可以作为生产商如何向用户提供SiPM特性的示例。SiPM的标准化参数化将使用户能够找到适合其应用的最佳SiPM以及SiPM的工作点，而无需执行测量，从而显著缩短设计和开发周期。
2017-01-26 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Photosensor Characterization for the Cherenkov Telescope Array: Silicon Photomultiplier versus Multi-Anode Photomultiplier Tube
自50多年前诞生以来，光电倍增管技术一直是大气切伦科夫望远镜成像技术的首选光电探测器。最近，新类型的光电传感器正在考虑下一代切伦科夫望远镜阵列。据设想，该阵列将部分由使用Schwarzschild-Couder双镜设计的望远镜组成，这种设计以前从未建造过，这显着改善了光学性能。这种新型光学设计的相机具有小的板尺度，使得能够使用紧凑的光电传感器。我们提出了一个广泛的和详细的研究被认为是这种望远镜设计的两个最有前途的设备：硅光电倍增器和多阳极光电倍增管。我们评估了他们最关键的性能特性成像伽马射线阵雨，我们提出了我们的结果在一个有凝聚力的方式，以明确评估的优势和劣势，这两种类型的设备必须提供的背景下，GeV-TeV的伽马射线天文学。
2013-08-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Tip Avalanche Photodiode -- A new generation Silicon Photomultiplier based on non-planar technology
硅光电倍增器（SiPM）是一种成熟的光电探测器概念，应用于从医学成像到汽车LiDAR系统的各种应用中。在过去的几年中，传感器性能的改进逐渐接近饱和。在这项工作中，我们提出了我们的新概念，以克服固有的限制，平面配置的电极。我们的非平面技术基于通过尖端状电极聚焦和增强电场。电场的形状和典型微电池边缘的缺乏允许我们排除电池分离边界并消除活性电池区域周围的死空间。我们的设计提供了一个高密度的微单元布局与高几何效率。它解决了众所周知的检测效率和动态范围之间的权衡。第一个“尖端雪崩光电二极管”（TAPD）原型显示出对于15 $\mathrmμ$ m的微单元间距超过80%的显著几何效率。这直接转化为光子探测效率（PDE）记录峰值为73%，在600 nm相对于国家的最先进的SiPM。此外，PDE在800 nm波长处保持在45%以上，在905 nm处的另一个记录值为22%。降低的微单元容量允许低于4 ns的快速恢复时间，这改善了在高光子速率下的操作。总的来说，TAPD被认为是一种非常有前途的SiPM一代，适用于健康科学，生物物理学，粒子物理学和LiDAR中的各种宽光谱和高动态范围应用。
2020-10-20 physics.ins-det
Performance of SiPMs in the nonlinear region
由于硅光电倍增器具有有限数量的像素并且工作在盖革模式下，因此它们呈现饱和效应。它们对非线性区域中的光脉冲的响应是非常复杂的，原因有两个：雪崩后的像素充电影响随后雪崩的触发概率和电荷倍增，以及由于串扰和后脉冲的非平凡效应。本文提出了一种硅光电倍增器非线性响应的参数化方法，它能很好地考虑上述影响。使用闪烁晶体和探测器的不同组合的伽马射线光谱法的设置上的模型进行了测试。模型参数根据设置的基本特性（例如，闪烁晶体的寿命和像素恢复时间）。给出了从信号分辨率到能量分辨率的正确转换。
2017-08-31 physics.app-ph physics.data-an physics.ins-det
Cryogenic operation of neutron-irradiated silicon photomultiplier arrays up to 1e14 neq/cm^2
Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）
研究低温条件下中子辐照对硅光电倍增器阵列的影响，评估其在高辐射环境下的性能稳定性与可靠性。
2026-03-26 hep-ex physics.ins-det
Real-Time FPGA-Based SiPM Detector Emulation Using a Temporally Quantized Model
Nuclear Instruments SRL（核仪器有限公司）；Università degli Studi dell’Insubria（因苏布里亚大学）
提出一种基于FPGA的实时探测器仿真器，通过时间量化和硬件信号整形，将SimSiPM的微观仿真转化为物理可实现的模拟信号，实现高吞吐、低延迟的硬件在环测试。
2026-07-02 physics.ins-det
A new generation photodetector for astroparticle physics: the VSiPMT
VSiPMT（真空硅光电倍增器管）是我们为革命性光子探测器提出的创新设计。其主要思想是用SiPM（G-APD）代替PMT的经典倍增极链，后者充当电子检测器和放大器。其目的是使光电阴极的大灵敏区域与SiPM技术的性能相匹配。VSiPMT具有许多吸引人的功能。特别地，低功耗和优异的光子计数能力。为了证明这一想法的可行性，我们首先测试了一种特殊的非窗口SiPM（MPPC）的电子探测器和电流放大器的性能。由于这一结果，滨松实现了两个VSiPMT工业原型。在这项工作中，我们提出了一个完整的VSiPMT原型表征的结果。
2014-07-17 hep-ex physics.ins-det
Measurements of the Quantum Yield of Silicon using Geiger-mode Avalanching Photodetectors
本文提出一种利用真空紫外敏感硅光电倍增管测量硅量子产额的新方法，通过光子探测效率饱和现象确定光子产生电子-空穴对的概率，测得产额低于以往结果，对轻暗物质直接探测实验及紫外光电探测器性能表征具有重要影响。
2025-02-02 physics.ins-det
Locating the avalanche structure and the origin of breakdown generating charge carriers in silicon photomultipliers by using the bias dependent breakdown probability
我们目前的表征结果的两个硅光电倍增器;滨松LVR-6050-CN和Ketek PM 3325 WB。通过对击穿概率的偏压依赖性的测量，我们能够得出关于雪崩区域的位置和空间延伸的结论。对于KETEK SiPM，我们发现雪崩区位于靠近表面。在Hamamatsu SiPM中，高场区域位于表面以下$0.5\,μ$ m处，而上面的体积几乎耗尽直到表面。此外，对于滨松SiPM，我们发现，由光串扰光子产生的载流子进入雪崩区域下方的单元，而不是早期的设备，其中大部分光子从上方进入单元。在这里测试的Hamamatsu器件中，串扰光子可能在本体中被吸收，并且所产生的空穴在2ns内扩散到单元的有效体积中并引发击穿。本文是一种尝试，以刺激进一步的兴趣在使用的偏置依赖的击穿概率，并建立它作为一个标准的工具，不仅要确定的位置的高场区域，但也要确定的起源相对于高场区域的载流子。随着知识的电荷来自哪里，它应该是可能的，以进一步改善光学串扰，暗计数，和afterpulsing特性的SiPM。
2018-12-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Development of silicon interposer: towards an ultralow radioactivity background photodetector system
研制超低放射性本底的光电探测器系统在稀有事件探测中具有重要意义。硅光电倍增器（SiPM）和专用集成电路（ASIC）分别是低背景光电传感器和读出电子学的两个理想候选者，因为它们主要由硅组成，其可以在不需要相当多的额外努力的情况下实现良好的放射性纯度。然而，用于在光电传感器和电子器件之间提供机械支撑和信号路径的插入物是构建超低背景光电探测器的瓶颈。硅和石英由于其良好的放射性纯度而成为构造低本底中介层的两个候选者;然而，在大面积硅或石英晶片上产生硅通孔（TSV）或石英通孔（TQV）是不平凡的。在本工作中，我们基于双面TSV互连技术，研制了第一个硅中介层原型，其尺寸为10~cm $\times$ 10~cm，厚度为320~ $μ$ m。在室温下对插入层的电学性能进行了仔细的评估，并在-110~ $^\circ$ C下对其性能进行了测试。测试结果表明，该样机具有良好的性能，可以从SiPM上清晰地观察到单个光电子信号。所观察到的信号的特征与安装在正常的基于FR 4的PCB上的SiPM的信号的特征相当。基于硅中介层原型的成功，我们开始了后续研究，旨在进一步提高硅中介层的性能和成品率，并最终为构建超低背景光电探测器系统提供解决方案。
2022-07-19 nucl-ex physics.ins-det
Radiation Damage Study of SensL J-Series Silicon Photomultipliers Using 101.4 MeV Protons
研究了J系列硅光电倍增器（SiPMs）的辐射损伤，并将其用于未来的星载闪烁探测器。几个SiPM样品暴露于101.4 MeV质子，1 MeV中子当量通量范围为1.27*10^8 n/cm^2至1.23*10^10 n/cm^2。辐照后，SiPM经历了暗电流和噪声的大幅增加，这可能会在功耗，热控制和低能量事件检测方面为长期运行的太空任务带来问题。用CeBr 3闪烁体晶体进行的测量表明，在暴露于1.23*10^10 n/cm^2和室温退火之后，单个6 mm方形SiPM在室温下的暗噪声从0.1 keV增加到2 keV。由于大的SiPM噪声，对于使用4-SiPM阵列的CeBr 3探测器，伽马射线探测阈值增加到约20 keV，对于使用16-SiPM阵列的探测器，伽马射线探测阈值增加到约40 keV。仅观察到质子照射对平均探测器信号的小的影响，这表明SiPM增益和光子探测效率没有变化或变化很小。
2020-07-21 astro-ph.IM physics.ins-det
Position-Sensitive Silicon Photomultiplier Array with Enhanced Position Reconstruction by means of a Deep Neural Network
Université de Genève（日内瓦大学）；Fondazione Bruno Kessler（布鲁诺·凯斯勒基金会）；Geneva University Hospital（日内瓦大学医院）；University of Groningen, University Medical Center Groningen（格罗宁根大学，格罗宁根大学医学中心）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Obuda University（奥比达大学）
本文利用深度神经网络提升硅光电倍增阵列的位置重建精度，显著提高分辨率和线性度，增强光子检测性能。
2026-03-06 hep-ex physics.data-an physics.ins-det
Characterization of Silicon Photomultipliers after proton irradiation up to $10^{12} n_{eq}/mm^2$
硅光电倍增器（SiPMs）是高灵敏度的光电探测器，作为许多应用的首选技术而出现，包括大型高能物理实验，其中它们经常暴露于高辐射通量。近年来，人们越来越感兴趣的是评估这种探测器的性能退化后，与质子或中子辐照，不同的注量水平。在这项工作中，不同的FBK SiPM技术的样品，用不同的制造技术，在INFN-LNS设施（意大利）与质子达到通量高达$10^{12}n_{eq}/mm^2$（1兆电子伏中子当量），对应于$10^{14}n_{eq}/cm^2$和它们的性能进行了详细的表征后，约30天的室温退火。结果表明，一个显着恶化的主要噪声（暗计数率）的探测器，这与照射剂量的增加，而其他性能参数，如微单元增益，相关的噪声概率和光子探测效率并没有显示出显着的变化在调查的剂量范围。辐照后的击穿电压估计是SiPM的另一个重要方面。在这方面的贡献，我们展示了几种方法，其估计和比较的结果。我们还介绍了新的方法来表征SiPM的性能时，他们提出了一个非常高的噪声水平。最后，我们还分析了空间定位的质子引起的缺陷内的设备，即主要有助于增加的DCR的设备，通过发射显微镜（EMMI）技术的缺陷。特别是，我们分析了SiPM在单细胞水平，试图识别和空间定位的缺陷。
2021-06-23 hep-ex physics.ins-det
Silicon Photomultiplier Research and Development Studies for the Large Size Telescope of the Cherenkov Telescope Array
切伦科夫望远镜阵列（CTA）是下一代大气切伦科夫望远镜成像设施;两个站点将覆盖两个半球。CTA将在甚高能伽马射线天文学中达到前所未有的灵敏度、能量和角分辨率。每个CTA阵列将包括四个大尺寸望远镜（LST），旨在覆盖CTA灵敏度的低能范围（$\sim$ 20 GeV至200 GeV）。在基线LST设计中，焦平面相机将配备265个光电探测器集群;每个集群将包括7个光电倍增管（PMT），入口窗口直径为1.5英寸。PMT设计基于成熟可靠的技术。最近，硅光电倍增器（SiPM）作为竞争者出现。目前，SiPM具有优点（例如，较低的工作电压和对高照明水平的耐受性）和缺点（例如，较高的电容和串扰率），但这种技术仍然很年轻，发展迅速。SiPM技术在光子探测效率和每平方毫米探测器面积的价格方面有很强的潜力优于PMT技术。虽然SiPM的优势已被证明适用于高密度、小尺寸的相机，但它尚未被证明适用于大面积相机，如LST相机。我们正在努力为LST相机开发基于SiPM的模块，考虑到可能的相机升级。我们将介绍我们正在探索的解决方案，以平衡具有竞争力的性能和对整体LST相机设计的最小影响。
2015-08-28 astro-ph.IM physics.ins-det
An innovative silicon photomultiplier digitizing camera for gamma-ray astronomy
单镜小型望远镜（SST-1 M）是切伦科夫望远镜阵列（CTA）项目中三个小型望远镜（SST）的设计之一。SST-1 M将配备一个4米直径的分段反射镜盘和一个基于硅光电倍增器（SiPM）的创新型全数码相机。由于SST子阵列将由多达70台望远镜组成，因此面临的挑战不仅是建造一台性能优异的望远镜，而且还要对其进行设计，以便其组件可以由工业界进行调试，组装和测试。在本文中，我们审查的基本步骤，导致SST-1 M相机的设计概念和正在进行的第一个原型的实现，重点是光电探测器平面和相机的读出和触发部分采用的创新解决方案。此外，我们报告的实验室测量结果的真实规模的元素，验证相机的设计，并表明它是能够匹配CTA的要求，操作到高月光背景条件。
2016-07-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Characterization of external cross-talk from silicon photomultipliers in a liquid xenon detector
本研究在LoLX液氙探测器中测量了SiPM的外部串扰，通过时间相关性和Geant4模拟，量化了不同过电压下的光子发射产额，为探测器性能评估提供关键数据。
2025-02-21 hep-ex physics.ins-det
Reflectance of Silicon Photomultipliers at Vacuum Ultraviolet Wavelengths
表征硅光电倍增器（SiPM）的真空紫外（VUV）反射率对于大规模SiPM光电探测器系统具有重要意义。我们报道了由Fondazionc Bruno Kessler（FBK）和Hamamatsu Photonics K.K.制造的SiPM在真空中的镜面反射率的角度依赖性。(HPK)在120 nm至280 nm的波长范围内。沉积在FBK SiPM表面上的二氧化硅薄膜的折射率和消光系数是由具有与SiPM相同的沉积氧化膜的FBK硅片的反射率数据导出的。还在193 nm处测量了SiPM的漫反射率。我们使用的光学常数的VUV光谱依赖预测FBK硅晶片和FBK SiPM在液体氙的反射率。
2019-12-04 hep-ex physics.ins-det
