Estimación de eficiencia de detección de fotones en Multipixel Photon Counter MPPC

Abstract

Los Multipixel Photon Counters o MPPC son dispositivos contadores de fotones construidos sobre un sustrato de silicio. Un MPPC es una matriz compuesta por cientos o miles de pequeños fotodiodos de avalancha (APD, por sus siglas en inglés: Avalanche Photodiodes). Estos dispositivos también son conocidos como SiPM (Silicon Photomultipliers), ya que constituyen un reemplazo en silicio de los tradicionales tubos fotomultiplicadores (PMT, Photo-Multiplier Tubes), ampliamente utilizados en física de altas energías. En este trabajo se caracteriza un MPPC de 3600 píxeles por canal. Cada canal mide 3x3 mm y el MPPC cuenta con 16 canales, encapsulados en un paquete de 15x20 mm. El MPPC estudiado presenta una ganancia del orden de 10⁵, alcanzada con tensiones cercanas a los 70 V, en contraste con los PMT, que requieren tensiones de operación superiores a 600 V. En este trabajo se mide empíricamente la ganancia, el ruido oscuro (dark noise), la tensión de ruptura y la eficiencia de detección de fotones (PDE, Photo-Detection Efficiency). Este último parámetro es de gran interés para cuantificar la cantidad de fotones detectados, ya que el fabricante no provee un valor exacto para este. Se ha determinado que el PDE es del orden del 24%. A partir de las mediciones realizadas sobre más de 1500 MPPC, se han obtenido las características lineales del ruido oscuro y la ganancia respecto a la sobretensión de polarización. En cambio, la PDE muestra un comportamiento cuadrático respecto a dicha sobretensión. Como resultado, se logró generar una base de datos completa con las características de dark noise, ganancia y PDE en función de la tensión de polarización para cada MPPC, lo que permite llevarlos a un mismo punto de operación si fuese necesario.