Study on SiPM performance at low temperatures between $-60^{\circ}$C and $-20^{\circ}$C
氡是暗物质和中微子实验的主要背景源。液体闪烁探测器测量氡浓度（$\rm mBq/m^3$）是一种利用硅光电倍增器（SiPMs）阵列的高灵敏度低温测量方法。SiPM的性能特征与检测器的检测下限密切相关。本研究建立了一套自动化、精确的低温测量系统，研究了不同温度下SiPM的单电子能谱、SPE分辨率、光学串扰和后脉冲等特性。得到了SiPM参数在不同温度下的变化趋势，并得到了SiPM的最佳工作条件，可以提高探测器的灵敏度
2022-10-26 nucl-ex physics.ins-det
Characterization of a SiPM-based monolithic neutron scatter camera using dark counts
本文设计并表征一种基于 SiPM 的 EJ-204 单片中子散射相机，测量暗计数、光学串扰和定时性能，并提出纳入相关噪声的改进事件重建似然函数。
2024-02-29 physics.ins-det
Characterization of Hamamatsu 64-channel TSV SiPMs
为了用于EUSO-SPB气球实验的硅基本单元附加装置（SiECA），对滨松最新一代的紫外光增强型64通道SiPM阵列（S13361- 3050 AS-08）进行了研究。在KIT（SPOCK）新安装的单光子校准台上进行了表征测量。给出了所有64个SiPM通道的击穿电压、增益、PDE、暗计数率和串扰概率等特性测量结果。SiPM对波长低于400 nm的光子的灵敏度的额外测量显示，与SiPM阵列S12642- 0808 PA-50相比，SiPM阵列S12642- 0808 PA-50对小波长的PDE有所改善，这也是为了进行比较而研究的。响应动力学已被调查为低数量的入射光子。对SiPM阵列的一个通道进行了增益、偏微分方程、暗计数率和串扰概率的温度相关测量。
2018-04-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Direct detection of charged particles with SiPMs
首次系统地研究了MIP带电粒子穿越硅光电倍增器的直接响应。利用束流测试数据，测量了时间分辨率和串扰概率。还报道了通过激光束的SiPM的表征。针对不同传感器获得的结果表明测量的时间分辨率约为40 - 70 ps。尽管预计粒子在每个事件中仅穿过一个SPAD，但不同传感器上的串扰测量结果表明，相对于与传感器噪声相关的值，串扰测量值意外地更高。
2022-03-27 hep-ex physics.ins-det
High-sensitivity low-noise photodetector using large-area silicon photomultiplier
与传统的光电倍增管（PMT）相比，硅光电倍增器（SiPM）技术由于其更好的光子检测效率而在单光子水平上用于弱光检测的应用已经扩展。具有大检测面积的SiPM最近已经商业化，使得光子通量在时间和空间上都很低的应用成为可能。另一方面，SiPM的使用存在几个缺点，例如更高的暗计数率，许多读出通道，响应时间慢和光学串扰;因此，用户需要仔细考虑权衡。本工作提出了一种SiPM嵌入式紧凑型大面积光子探测模块。采用各种技术来克服SiPM的缺点，使其可以普遍用作PMT的升级。采用简单的冷却元件和最近发展的光学串扰抑制方法，以降低噪声，这是更严重的大面积SiPM。专用的读出电路提高了响应频率并减少了读出通道的数量。我们有利地比较这种设计与传统的光电倍增管，并获得更高的光子探测效率和更大的面积接受。
2022-11-09 physics.ins-det
Why would you put a flashlight in a dark matter detector?
本文测量了全SiPM双相液氙时间投影室中的外部串扰效应，评估其对未来氙暗物质实验的影响并提出可能的解决方案。
2024-01-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
A simulation framework for SiPMs
本文提出一个Python仿真框架，用于模拟SiPM、APD和MPPC的噪声特性及大面积SiPM阵列信号，并通过四种商用SiPM数据验证其性能。
2025-04-13 astro-ph.IM 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
Calibration Methods of Silicon Photomultiplier for JUNO-TAO Central Detector
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Nanjing University（南京大学）
本文提出基于电荷和时间信息的硅光电倍增管通道级校准方法，用于测量暗计数率、相对光电探测效率、时间偏移、增益和内部光学串扰，并通过模拟事件评估校准偏差，以提高探测器的精度和能量分辨率。
2026-08-03 physics.ins-det
Characterization of SiPMs at 40 K for neutrino coherent detection based on pure CsI
本研究搭建30-293 K温控系统，表征3种SiPM在40 K下的关键性能参数，评估其用于纯CsI中微子相干探测光产额测量的可行性，并优化工作条件以提高探测器灵敏度。
2025-10-28 physics.ins-det
Study of Silicon Photomultiplier External Cross-Talk
本文研究硅光电倍增管的外部串扰，提出计数法和反射法两种测量方法，发现所有测试SiPMs均存在显著外部串扰，且内部串扰可用几何与Borel模型结合描述，外部串扰可用纯Borel模型预测，影响探测器性能。
2023-12-20 hep-ex physics.ins-det
Analytical models of probability distribution and excess noise factor of Solid State Photomultiplier signals with crosstalk
硅光电倍增器（SiPM），也称为固态光电倍增器（SSPM），基于由强负反馈限制的盖革模式雪崩击穿。由于雪崩倍增的高增益和超低的过量噪声，SSPM可以探测和分辨单光子。与高增益相关的串扰和后脉冲过程引入了特定的过量噪声，并恶化了SSPM的光子数分辨率。这些过程的概率特性对于SSPM的设计、表征、优化和应用具有重要意义，因此得到了广泛的研究，但过程建模主要基于蒙特卡罗模拟和数值方法。在这项研究中，串扰被认为是一个分支泊松过程，和分析模型的概率分布和过量噪声因子（ENF）的SSPM信号的基础上的Borel分布作为一个先进的几何分布模型的介绍和讨论。该模型被发现是在一个很好的协议与实验的概率分布的暗计数和一些光子光谱在很宽的范围内发射的像素数，以及观察到的超线性行为的串扰ENF。
2012-03-29 physics.ins-det
Characterisation of Commercially Available NUV-MT Silicon Photomultipliers
Institute for Experimental Physics, University of Hamburg（汉堡大学实验物理研究所）；School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院）
本文对商用Broadcom AFBR-S4N系列NUV-MT SiPM在宽温宽过压范围内进行系统表征，测得多项关键性能参数，为其在粒子与天体粒子物理中的应用提供数据支持。
2026-08-20 physics.ins-det
Characterization of silicon photomultipliers for their application in muon scattering tomography
本文通过实验表征NDL、SensL和HPK三款SiPM的击穿电压、温度补偿、暗噪声及探测效率，发现HPK最适合亚毫米分辨率缪子散射断层成像闪烁光纤探测器。
2025-01-19 hep-ex 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
Temperature-Dependent Performance of NaI(Tl) Crystal with Dual-Channel SiPM Readout for Low-Mass Dark Matter Searches
Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；University of Science and Technology (UST)（科学技术联合大学院大学）
该研究表征了双通道SiPM读出NaI(Tl)晶体的温度依赖性能，发现低温下光产额提升且双通道可抑制热噪声，为降低暗物质等搜寻的能量阈值提供了关键路径。
2026-10-28 hep-ex physics.ins-det
First use of large area SiPM matrices coupled with NaI(Tl) scintillating crystal for low energy dark matter search
ASTAROTH项目首次使用大面积SiPM矩阵与NaI(Tl)闪烁晶体结合，实现低能暗物质探测的高灵敏度实验。
2026-01-07 physics.ins-det
Tests of a dual-readout fiber calorimeter with SiPM light sensors
在本文中，我们描述了双读出光纤量热计的第一次测试中，硅光电倍增器被用来感测（闪烁和切伦科夫）光信号。该探测器的主要挑战是实现一种设计，使两种类型的光纤之间的光学串扰最小化，这两种类型的光纤彼此非常接近，并且携带强度相差约60倍的光信号。通过高能电子和μ子束以及实验室测试获得的实验数据说明了这一挑战在多大程度上得到了满足。切伦科夫光产额，这种类型的量热计的能量分辨率的限制因素，被测量为约两倍，以前测试的配置的基础上光电倍增管。电磁簇射的横向轮廓测量上的尺度毫米从簇射轴和显着的差异被发现之间的配置文件测量与反射和切伦科夫纤维。
2018-05-08 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
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
Characterization of the large-size NDL EQR20 silicon photomultipliers
本文表征了NDL EQR20大尺寸硅光电倍增管，其利用外延硅体电阻实现快速恢复与高增益，并评估了脉冲畸变对CERN ALICE FoCal-H探测器的适用性影响。
2025-05-03 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
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
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
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
Compact multi-channel analyzer for SiPM detectors with real time on-board signal analysis
针对商用多道分析器成本高昂的问题，本文基于STM32G4 MCU和现成元器件设计实现低成本紧凑型MCA，可配合SiPM进行实时伽马能谱测量，并具备多种连接方式。
2025-02-20 physics.ins-det
FANSIC: a Fast ANalog SiPM Integrated Circuit for the readout of large silicon photomultipliers
本文提出FANSIC专用集成电路，通过有源求和级将大型SiPM划分为较小区域并利用高输入带宽实现3–5 ns快速响应，从而降低热噪声和非相关噪声影响，解决大型SiPM读出的关键限制。
2025-03-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Characterization studies of Silicon Photomultipliers and crystals matrices for a novel time of flight PET detector
本文描述了一种新型正电子发射断层成像（PET）探测器，即EndoTOFPET-US系统的外板的晶体矩阵和硅光电倍增器阵列的表征。EndoTOFPET-US合作旨在将飞行时间PET与超声内窥镜集成在一种新型多模式设备中，能够支持前列腺和胰腺肿瘤新生物标志物的开发。探测器由两部分组成：安装在超声探头上的PET头和外部PET板。PET图像的1 mm空间分辨率这一具有挑战性的目标需要具有小晶体尺寸的探测器，因此需要高通道密度：由硅光电倍增器（SiPM）单独读出的4096个LYSO晶体构成外部板。这些部件的质量和性能必须在组装前进行评估。测量了SiPM的暗计数率、增益、击穿电压和相关噪声，而LYSO晶体在光产额和能量分辨率方面进行了评估。为了有效地减少PET图像中的噪声，伽马检测的高时间分辨率是强制性的。测量了所有与晶体组装的SiPM的符合时间分辨率（CTR），结果显示接近200 ps FWHM的要求目标的值。针对每个通道评估光输出以用于初步检测器校准，示出了针对511 keV相互作用在SiPM上发射的平均约1800个像素。最后，在511 keV的平均能量分辨率约为13%，足以有效的康普顿排斥。
2015-01-17 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
Study of silicon photomultipliers for the readout of a lead/scintillating-fiber calorimeter
针对DUNE近探测器拟复用的KLOE铅/闪烁光纤量能器，本研究通过宇宙射线和环境放射性信号对比SiPM与原有PMT的效率、稳定性及时间分辨率，评估以SiPM替换PMT的可行性。
2024-06-18 hep-ex physics.ins-det
Stimulated Secondary Emission of Single Photon Avalanche Diodes
本研究测量了SiPMs在激光激发下的二次光子发射光谱，发现在4伏过电压下VUV4和VUV-HD3每次雪崩分别产生40±9和61±11个光子，且无显著温度依赖性。
2024-09-25 physics.ins-det
Characterisation of a large area silicon photomultiplier
本文介绍并比较了几种测量硅光电倍增管（\sipm{} s）相关参数的方法，如光子探测效率与过电压和波长的关系、暗计数率、光串扰、后脉冲概率等。对于击穿电压$V_{BD}$的测量，比较了使用电流-电压$IV$曲线的几种方法，例如“IV模型”、“相对对数导数”、“反对数导数”、“二阶对数导数”和“三阶导数”模型。我们还展示了如何这些特性中的一些可以很好地描述了几个参数，并允许，例如，建立一个函数的波长和过电压描述的光电探测效率。这些方法被应用于与Hamamatsu合作开发的大面积单片六边形SiPM S10943-2832（X），并被用于伽马射线望远镜的相机，称为SST-1 M。我们描述的性能在室温下的这种设备的测量。这里使用的方法可以应用于任何其他设备和这里讨论的物理背景是相当普遍的，有效的参数的大相空间。
2020-01-09 physics.ins-det
The Mu2e undoped CsI crystal calorimeter
费米实验室的Mu 2 e实验将寻找带电轻子味在原子场中μ子到电子的违反转换。Mu 2 e探测器由一个跟踪器、一个电磁量能器和一个围绕螺线管的外部系统组成，以否决宇宙射线。量热计在提供以下方面起着重要作用：a）优异的颗粒识别能力; b）快速触发滤波器; c）更容易的跟踪器轨迹重建。位于跟踪器下游的两个圆盘各含有674个纯CsI晶体。每个晶体由两个UV扩展SiPM阵列读出。晶体和SiPM的选择经过全面的测试活动后最终确定。由51个晶体和102个SiPM阵列组成的第一个小规模原型已经在弗拉斯卡蒂的BTF（束测试设施）暴露于电子束。虽然读出电子不是最终的，结果表明，目前的设计能够满足Mu 2 e实验所需的时间和能量分辨率。
2018-02-22 physics.ins-det
Test Beam Characterization of a Digital Silicon Photomultiplier
本研究在DESY II测试束设施中表征了采用150纳米CMOS工艺制造的数字硅光电倍增管原型，证明其能以约20微米位置精度和优于50皮秒的时间精度探测最小电离粒子，探测效率约31%。
2024-12-09 physics.ins-det
Study of Silicon Photomultiplier Performance in External Electric Fields
我们报告的性能硅光电倍增器（SiPM）的光传感器工作在电场强度高达30 kV/cm，在149 K的温度下，相对于他们的性能在没有外部电场。在这项研究中使用的SiPM设备显示稳定的增益，光子探测效率，和相关脉冲的速率，当暴露于外部场，在估计的不确定性。暴露未对器械的主体或表面造成可观察到的物理损坏。
2018-07-09 physics.ins-det
Demonstrating a broadband Photon Detection Efficiency model on VUV sensitive Silicon Photomultipliers
Queen’s University（女王大学）；TRIUMF（特利尔姆实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
本文提出一个描述硅光电倍增管光子检测效率的分析模型，用于设备特性分析、效率外推、模拟和设计优化，通过实验数据验证模型的预测能力。
2026-03-10 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
