Characterization of a CsI(Tl) Scintillator Coupled to a SiPM at Cryogenic Temperatures
本文在100K至室温范围测试了与SiPM耦合的CsI(Tl)闪烁体的低温性能，发现其在175K时探测效率最优、有效阈值约3keV，可用于低能粒子探测与稀有事件搜寻。
2025-11-18 hep-ex physics.ins-det
Cryogenic characterization of FBK NUV-HD-Cryo 3T SiPM sensors for the DUNE photon detection system
Instituto de Física Corpuscular（西班牙瓦伦西亚核物理研究所）；Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）；Czech Technical University（捷克理工大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Granada（格拉纳达大学）；Université de Paris Cité（巴黎西岱大学）；Czech Academy of Sciences（捷克科学院）
本文研究了FBK NUV-HD-Cryo 3T SiPM传感器在低温下的性能，用于DUNE中微子探测系统。
2025-11-24 hep-ex physics.ins-det
Cryogenic operation of silicon photomultiplier arrays
本文研究LHCb SciFi径迹探测器SiPM在LHC Run 4高辐射环境下的低温冷却方案，对FBK和Hamamatsu的SiPM阵列在100 K低温下测试并表征击穿电压、暗计数率、光子探测效率、增益和串扰等关键性能参数。
2025-02-04 hep-ex 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
Development of a novel single-channel, 24~cm$^2$, SiPM-based, cryogenic photodetector
我们报告实现一种新型的SiPM为基础的，低温光电传感器的有效面积为24厘米$^2$，作为一个单通道模拟检测器。该装置能够进行单光子计数，信噪比优于13，暗率低于$10^{-2}$ cps/mm $^2$，总光子探测效率显著高于传统的光电倍增管。这一发展使得基于SiPM的光电传感器成为下一代暗物质和中微子探测器的强有力候选者，这将需要多平方米的光敏面积，低水平的固有放射性和有限数量的探测器通道。
2017-11-03 physics.ins-det
Cryogenic Characterization of FBK HD Near-UV Sensitive SiPMs
本文报道了Bruno Kessler基金会（\FBK）研制的近紫外高密度硅光电倍增器（\SiPM）的低温特性。建立了一套专门的装置，测量了\SiPMs在40 ~ 300 K温度范围内的原始暗噪声和相关噪声。此外，开发了一个分析程序和数据采集系统，以允许这些参数的精确表征，其中一些参数可以在室温和40~K之间变化高达7个数量级。实验结果表明，\FBK \近紫外高密度\SiPMs \可以在低于100 K的温度下工作，在6 V的过电压下，其暗率低于0.01 cps/mm $^2$，总相关噪声概率低于35%.这些结果对今后研制以\SiPMs \作为光传感器的低温粒子探测器具有重要意义.
2017-06-29 physics.ins-det
Measurement of the Photon Detection Efficiency of Hamamatsu VUV4 SiPMs at Cryogenic Temperature
针对液氩TPC的VUV闪烁光低温探测需求，测量了Hamamatsu VUV4型SiPM在低温下270-570nm波段及127nm处的光子探测效率，填补了该器件低温特性的测量空白。
2024-04-01 hep-ex physics.ins-det
Cryogenic front-end amplifier design for large SiPM arrays in the DUNE FD1-HD photon detection system
DUNE实验的第一个远探测器（FD 1-HD）的光子探测系统将探测千吨级液态氩时间投影室中粒子相互作用产生的闪烁光子。选择的光子探测器是硅光电倍增器（SiPM），6个$\times$，每个6 mm $^2$，以48个为一组布置，其对前端电子器件呈现显著低的阻抗。本文详细介绍了基于硅锗输入晶体管和BiCMOS全差分运算放大器的低温放大器的设计，该放大器具有0.37 nV $\sqrt{Hz}$的极低白电压噪声。即使在低过电压值下，它也能产生出色的单光电子分辨率。信号上升时间小于100 ns，在典型的工作过电压下，动态范围约为2000个光电子。该器件采用3.3 V单电源供电，功耗为0.7 mA，每通道功耗为2.4 mW。简化的模型被开发来预测单个光电子信号的形状和信噪比，与测量的性能具有良好的匹配。
2022-11-14 physics.ins-det
Characterization of two SiPM arrays from Hamamatsu and Onsemi for liquid argon detector
针对液氩探测器中紧凑型SiPM阵列及低温电子学设计不足的问题，本文开发了可在87 K下驱动1英寸4×4 SiPM阵列的低功耗读出系统，并系统测量了滨松与安森美两款阵列的关键性能，验证了设计可行性。
2022-10-28 hep-ex physics.ins-det
Reliability studies of electronic components for the operation at cryogenic temperature
冷电子学是许多科学和技术领域的关键技术，包括空间探索计划和粒子物理学。下一代中微子实验是一个在低温下运行的具有大量模拟和数字电子信号处理通道的主要实验，即深地下中微子实验（DUNE）。DUNE探测器使用87 K的液态氩作为中微子的靶材料，并作为介质来跟踪探测器体积中相互作用产生的带电粒子。DUNE电子产品[1]由基于低功耗180 nm-CMOS技术定制设计的ASIC（专用集成电路）芯片组成。该技术的主要风险是电子元件将在液体氩气中浸泡多年（20-30年）而无法进入。ASIC的可靠性问题可能来自于热应力、封装和制造相关的缺陷：如果未被发现，这些可能会导致长期的可靠性和性能问题。本文的范围是探索非破坏性的评估技术，其潜在的使用在一个全面的质量控制过程中的原型，测试和调试的DUNE冷电子系统。具体来说，我们已经使用了扫描声学显微镜和X射线断层扫描来研究与室温和低温之间的热循环相关的ASIC芯片中的永久性结构变化。
2019-11-23 hep-ex physics.ins-det
A low noise and low power cryogenic amplifier for single photoelectron sensitivity with large arrays of SiPMs
本文介绍了一种适用于低温（87 K）和液氮（77 K）环境的大阵列硅光电倍增器（SiPMs）的低噪声放大器。目标是一个放大器读出一个总的光敏表面的几十厘米$^2$，同时保留的能力，以解决单一的光电子信号。由于SiPM的电容很大，通常每厘米$^2$只有几nF，因此噪声的主要贡献者是串联（电压）分量。硅锗异质结双极晶体管（HBT）被选为低温放大器的输入设备，其次是一个全差分运算放大器，在一个非常规的反馈配置操作。在77 K时，电路的输入参考电压噪声仅低于0.4 nV/ $\surd$ Hz白色（高于100 kHz）和1 nV/ $\surd$ Hz（10 kHz）。在不同的偏置电流的噪声测量的HBT在77 K的基区扩展电阻的值被确定。整个电路的功耗约为2.5 mW。该设计可灵活地针对不同的输入电容值对反馈环路进行最佳补偿，并获得GHz范围内的增益带宽积。讨论了在读出SiPM中获得的信噪比对于300 kHz低通滤波器的情况，并与应用最佳滤波算法得出的上限进行了比较。
2020-01-14 physics.ins-det
Reactor neutrino physics potentials of cryogenic pure-CsI crystal
本研究实现了0.5千克纯CsI晶体在77K下由SiPM阵列读出的首次稳定低温运行，测得30.1光电子/keV的世界领先无机闪烁光产额，为其用于反应堆中微子相干弹性散射探测等中微子物理研究奠定基础。
2024-04-16 hep-ex physics.ins-det
ASTAROTH: A Novel Detector for Dark Matter Direct Detection Using Cryogenic SiPMs
INFN - Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所大萨索国家实验室）；Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室）
ASTAROTH采用低温硅光电倍增管开发新型探测器，实现高灵敏度暗物质探测，显著降低噪声并提升检测效率。
2025-12-17 physics.ins-det
First testing of the Hamamatsu R5912-02Mod photomultiplier tube at 4-bar pressure and cryogenic temperature
Hamamatsu R5912- 02 Mod光电倍增管（PMT）将用于DUNE双相模块，DUNE双相模块是DUNE长基线中微子实验的四个远探测器模块之一，是一个10千吨基准体积的液氩时间投影室。在DUNE双相模块中，液氩对位于14米低温恒温器底部的光电探测器施加高压。首次在4 bar绝对压强和低温（液氮中）下对4台Hamamatsu R5912- 02 Mod PMT进行了测试。没有机械或电气损坏的报告，验证了使用这种PMT模型在DUNE双相模块和其他大型低温液体探测器。在PMT工作温度变化时，预期会观察到其行为差异。
2020-07-15 physics.ins-det
Millikelvin-precision temperature sensing for advanced cryogenic detectors
本文针对DUNE液氩时间投影室等大型低温探测器的高精度温度监测需求，提出一种低温液体中电阻温度探测器的交叉校准新技术，实现了2.5 mK的前所未有精度。
2025-06-06 hep-ex physics.ins-det
Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF) and Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) Conceptual Design Report Volume 3: Long-Baseline Neutrino Facility for DUNE June 24, 2015
LBNF/DUNE概念设计报告的这一卷涵盖了DUNE的长基线中微子设施，并描述了LBNF项目，其中包括费米实验室的光束线的设计和建造，费米实验室和SURF的常规设施，以及DUNE远探测器所需的低温恒温器和低温基础设施。
2016-01-21 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Investigation of the burst phenomenon in SiPMs at liquid nitrogen temperature
本文研究硅光电倍增管在液氮温度下的爆发现象，将其归因于陷阱中心受电离辐射激发产生的发光，并探讨了触发爆发的外部与内部机制。
2024-05-24 hep-ex physics.ins-det
Measuring dark currents in multiple cryogenic SiPMs with sub-pA sensitivity using an automated IV multiplexer
本文设计开源自动化 IV-MUX，以 49 fA 分辨率支持多达 105 个低温 SiPM 通道的暗电流测量，并兼容脉冲计数与真空测试。
2025-09-30 nucl-ex physics.ins-det
Performance of Hamamatsu VUV4 SiPMs for detecting liquid argon scintillation
光信号的检测对于广泛的粒子探测器是至关重要的。特别是，真空紫外（VUV）光的有效检测将为目前正在开发的一些新型探测器提供新的机会，但在技术上具有挑战性。在这篇文章中，我们表征了滨松VUV 4硅光电倍增器（SiPMs）的性能，用于检测无波长漂移的真空紫外氩闪烁光。使用定制的低温放大器设计，我们操作两个模型的VUV4 SiPM内的液氩和彻底检查其直接灵敏度液氩闪烁。除了描述它们的低温性能，我们测量了光子探测效率的$14.7^{+1.1}_{-2.4}$ %和$17.2^{+1.6}_{-3.0}$ %在128 nm的这两个VUV 4模型在4 V的过电压操作，与主要的不确定性所产生的SiPM反射率的VUV光。
2022-05-16 physics.ins-det
Construction and characterisation of the DarkSide-20k veto silicon photo-multiplier tiles
本文描述了DarkSide-20k实验中用于抑制背景辐射的vTiles的生产与测试，验证了其在低温下的稳定性和低放射性污染，成功生产出超过87%的vTiles，满足实验需求。
2026-09-22 hep-ex physics.ins-det
Characterisation of silicon photomultipliers in a dilution refrigerator down to 9.4 mK towards a cryogenic cosmic-ray muon veto system
UKRI STFC Rutherford Appleton Laboratory（英国研究与创新署STFC卢瑟福阿普尔顿实验室）；Lancaster University（兰卡斯特大学）；University of Oxford（牛津大学）；Royal Holloway University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院）；RIKEN（理化学研究所）；University of Liverpool（利物浦大学）
研究在9.4mK环境下硅光电倍增管的单光子响应、增益及暗计数噪声，为低温宇宙射线μ子 veto系统提供基础数据。
2026-05-11 hep-ex physics.ins-det
Performance of a SensL-30035-16P Silicon Photomultiplier array at liquid argon temperature
下一代多吨级的稀有液体实验有独特的机会发现TeV级的暗物质粒子，在WIMP核子散射截面中达到10^-48 cm 2的灵敏度。一个先决条件是将放射性本底源减少到可以忽略不计的水平。这只有在超纯高效光电传感器可用于闪烁光读出时才有可能。目前的实验（如氙，LUX，黑暗，ArDM）使用低温光电倍增管作为光电传感器。硅光电倍增器阵列（SiPM阵列）是一种有吸引力的替代方案，它在单光子探测方面表现出无与伦比的性能。本文报道了SensL-30035- 16 P SiPM阵列和定制的低温前端板在液氩温度下的性能。
2016-01-06 hep-ex physics.ins-det
SiPM array of Xenoscope, a full-scale DARWIN vertical demonstrator
DARWIN项目旨在建造和运行下一代暗物质和中微子物理观测站，其特点是一个时间投影室，拟议的活动目标是40吨液态氙。作为测试未来探测器基本组件的研发设施，Xenoscope是一个全尺寸垂直演示器，装有约400公斤液体氙，电子漂移长度可达2.6米，由苏黎世大学建造。它的主要目的是证明电子漂移在液体氙前所未有的距离-首先在一个纯度监视器设置与电荷读出，其次是一个双相时间投影室。在第二阶段，将Hamamatsu生产的48个VUV 4 MMPC（型号S13371- 6050 CQ-02）阵列（具有12通道读数）放置在液体氙柱上方，并作为来自时间投影室中提取电子的次级比例闪烁信号的光读数。本文介绍了Xenoscope的硅光电倍增器阵列的设计与研制，内容包括结构设计、电子学设计、传感器低温特性分析和信号模拟。
2023-03-27 hep-ex physics.ins-det
Burn-in Test and Thermal Performance Evaluation of Silicon Photomultipliers for the JUNO-TAO Experiment
本研究对JUNO-TAO实验的4000余块SiPM tiles进行室温烧机测试和低温热性能评估，验证了其在-50°C下相当于6.7年的长期稳定性，并指导了最优选择与配置。
2024-07-23 hep-ex physics.ins-det
Enhancement of the X-Arapuca photon detection device for the DUNE experiment
在深地下中微子实验（DUNE）中，真空紫外激光器的发光是由名为X-Arapuca的光阱装置收集的，尺寸为（480 x93）mm 2。六千个这样的单元将部署在第一个DUNE一万吨远探测器模块中。在这项工作中，我们提出了第一个表征的光子探测效率的X-Arapuca设备尺寸（200 x75）mm 2通过一个完整的和准确的一套测量沿细胞纵轴与可移动的241-Am源。MPPC光电传感器的读出由一个低温transimsimplifier放大器，以提高单个光电子的灵敏度，提高信噪比，而成组8 MPPC为288平方毫米的总表面。此外，我们开发了一种新的光子降频聚合物材料，通过该材料，X-Arapuca光子探测效率相对于标准设备配置中部署的基线外壳外产品提高了约+50%。所取得的结果进行了比较，以前的测量上的一半大小的X-Arapuca设备，与一个固定的源面向中心，没有冷放大阶段，并讨论鉴于DUNE全尺寸的光电池结构的水平和垂直漂移配置的DUNE TPC的设计和鉴于液体氩掺杂的ppm的CO2。其他采用液态氩作为目标或主动否决的粒子物理项目，如Dark Side和LEGEND或DUNE Near Detector将利用这种新型波长转换材料。
2021-04-15 hep-ex physics.ins-det
Single photon detection with SiPMs irradiated up to 10$^{14}$ cm$^{-2}$ 1-MeV-equivalent neutron fluence
硅光电倍增器（SiPM）是对单光子具有灵敏度的固态光探测器。它们在高能物理实验中的应用，特别是在环形成像切伦科夫（RICH）探测器中的应用，由于它们对辐射的耐受性差而受到阻碍。在室温下，暗计数率的大幅增加使得在10 $^{11}$ cm $^{-2}$ 1-MeV当量中子注量下实际上已经不可能进行单光子探测。在高亮度LHC上运行的许多子探测器所预见的中子注量可达10 $^{14}$ cm $^{-2}$ 1 MeV当量。在本文中，我们提出了这样的高中子注量对不同细胞大小的Hamamatsu和SensL SiPM的影响。讨论了在高温（高达175 $^{\circ}$ C）下退火的优点。我们表明，退火后，在单光子水平上的操作与SiPM照射高达10 $^{14}$ cm $^{-2}$ 1-MeV当量中子注量是可能的，在低温（77 K）与暗计数率低于1 kHz。
2019-01-15 physics.ins-det
Lifetime study of the ColdADC for the Deep Underground Neutrino Experiment
本文研究DUNE实验用ColdADC芯片在低温下的寿命，测量结果显示其寿命比探测器计划运行时间长数个数量级，确保实验数据质量与物理灵敏度。
2025-09-16 hep-ex physics.ins-det
Characterization of Silicon Photomultiplier Photon Detection Efficiency at Liquid Nitrogen Temperature
针对低温下商用硅光电倍增管光子探测效率特性表征不足的问题，搭建实验装置测量77K液氮温度下两款SiPM的PDE，发现562nm光下其PDE较室温下降超20%，为相关新物理实验提供参考。
2025-05-20 physics.ins-det
ProtoDUNE Photon Detection System
本文介绍DUNE远探测器液氩TPC中基于XArapuca和SiPM的光子探测系统，并报告ProtoDUNE-HD原型在2024年4至11月数据采集期间的初步性能表现。
2024-12-19 hep-ex physics.ins-det
Front-end Electronics and Optimal Ganging Schemes for Single Photon Detection with Large Arrays of SiPMs in Liquid Argon
针对液氩中大规模SiPM阵列的单光子探测需求，提出了一种估算最优SiPM串并联组合方案的简单模型，结合自研低噪声低温放大器验证了模型有效性，实现了大面积SiPM的高灵敏度单光子探测。
2023-10-06 physics.ins-det
Characterization of UV optical components for photon detector calibration in liquid argon TPCs
Argonne National Laboratory (ANL)（阿贡国家实验室）；South Dakota School of Mines and Technology（南达科他矿业理工学院）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）
本文研究了用于液态氩时间投影室紫外光校准的光学组件特性，通过实验验证了其在极低温下的稳定性和可靠性，为大规模低温探测器的校准提供了重要参考。
2026-02-27 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the Absolute Photon Detection Efficiency of the DUNE Far Detector Vertical Drift X-ARAPUCAs
本研究针对DUNE垂直漂移远探测器的X-ARAPUCA光子探测系统，通过专用液氩低温装置测试不同配置的光子探测效率，优化下一代PDS模块设计以满足实验光产额要求。
2025-03-21 hep-ex physics.ins-det
Characterisation of Silicon Photomultipliers for Liquid Xenon Detectors
硅光电倍增器（SiPMs）被认为是一种固态传感器，在使用液体氙（LXe）作为辐射检测介质的实验中可替代光电倍增管。其主要要求是对来自LIGHTE的178 $\,$ nm的真空紫外闪烁光进行单光子探测，具有高分辨率和高探测效率以及低噪声率。对暗物质和双β衰变研究的进一步要求是所有成分的放射性水平都要超低，包括基底和冷电子器件。在这里，我们描述了我们在氮气中在110-300 $\,$ K温度范围内对Hamamatsu 6 $\times$ 6 $\,$ mm $^2$ SiPM的表征，以及在172 $\,$ K和185 $\,$ K的冷氮气中的长期测量。在我们介绍了实验装置，数据采集方案和分析方法之后，我们展示了单光子响应，增益与偏置电压的关系，以及暗噪声和相关噪声率。我们证明了在低温下的长期稳定性，并得出结论，SiPM阵列是有前途的候选人，在液体氙探测器的光电传感器阵列。此外，我们研究了放射性的原料SiPM材料与γ谱仪和电感耦合等离子体质谱仪，并得出结论，SiPM是适合用于低本底实验。
2018-10-21 physics.ins-det
Cryogenic Characterization of FBK RGB-HD SiPMs
我们报告的低温表征的红绿蓝-高密度（RGB-HD）SiPM开发的布鲁诺凯斯勒基金会（FBK）的暗物质搜索与液氩时间投影室的黑暗面计划的一部分。一个专用的设置被用来测量的主要暗噪声，相关噪声，和增益的SiPM在不同的温度。使用定制的数据采集系统和分析软件来精确表征这些参数。我们证明，FBK RGB-HD SiPM具有低淬灭电阻（RGB-HD-LR $_q$）可以从40 K到300 K操作，增益范围为$10^5$到$10^6$，噪声率为几Hz/mm $^2$。
2017-09-12 physics.ins-det
X-Arapuca long term test
DUNE实验的光子探测系统基于X-ARAPUCA光阱。X-ARAPUCA的基本元件是涂有波长移动器（对-Therpenyl）的二向色滤光片、波移板和检测被捕获光子的SiPM阵列。X-ARAPUCA的一个小规模原型已被安装在INFN那不勒斯的一个专用设施中的液氩中，并暴露于来自一个源的α粒子。为了测试整个装置响应的稳定性，将X-ARAPUCA在连续纯化的液氩中保持10天。进行的测试允许的X-ARAPUCA绝对光子探测效率的初步估计。
2023-01-01 physics.ins-det
Production, Quality Assurance and Quality Control of the SiPM Tiles for the DarkSide-20k Time Projection Chamber
本文详细介绍了DarkSide-20k实验中SiPM Tile的生产流程及QA-QC协议，通过晶圆级低温表征和精密组装等工艺，实现了超83.5%的生产良率，验证了Tile设计在低温环境下的稳健性与适用性。
2025-07-09 hep-ex physics.ins-det
Photon detection system for ProtoDUNE dual phase
深地下中微子实验（DUNE）是一个40千吨的地下液氩时间投影室（LAr TPC）探测器，用于长基线中微子振荡研究以及中微子天体物理学和核子衰变研究。嵌入LAr TPC的光子探测器系统为非射束事件增加了精确的计时能力。ProtoDUNE双相探测器将由一个6x6x6 m3的液态氩时间投影室组成，该室位于CERN，光读出将由来自Hamamatsu的8英寸低温光电倍增管形成。描述了36光电倍增管的特性、底座设计和光校准系统。此外，从3 × 1 × 1米3 LAr双相位探测器在欧洲核子研究中心的初步结果。
2017-12-05 physics.ins-det
Measurement of the X-ARAPUCA's Absolute Photon Detection Efficiency for the Deep Underground Neutrino Experiment's Vertical Drift Far Detector
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）；University of Padova（帕多瓦大学）；University of Milano Bicocca（米兰比可卡大学）；Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)（能源、环境与技术研究中心）
本文通过液氩低温装置测量了DUNE垂直漂移模块中X-ARAPUCA光子探测系统的绝对效率，发现无二向色滤光片的配置效率提升高达18%。
2026-06-01 hep-ex physics.ins-det
Cryogenic characterisation of the FBK NUV-HD-cryo Silicon Photomultipliers for the DarkSide-20k dark matter experiment
该研究针对DarkSide-20k暗物质实验所需的FBK NUV-HD-cryo硅光电倍增管，在低温下测量其暗噪声率、增益、串扰、光子探测效率及次级光子发射等关键特性，为探测器光学平面的传感器选型提供低温性能依据。
2026-10-14 hep-ex physics.ins-det
