Sebuah photomultiplier silikon (SiPM) adalah solid-state, detektor radiasi gain tinggi yang menghasilkan pulsa arus keluaran pada penyerapan foton. Sensor berbasis sambungan P-N dengan sensitivitas foton tunggal ini dapat mendeteksi panjang gelombang cahaya dari ultraviolet-dekat (UV) hingga inframerah-dekat (IR).
Umumnya, SiPM solid-state yang ringkas memberikan alternatif yang lebih baik untuk tabung photomultiplier berukuran besar dan cocok untuk merasakan, mengukur, dan mengatur waktu semua tingkat cahaya hingga satu foton.
Manfaat utama dari SiPM termasuk gain tinggi, operasi tegangan rendah, kinerja waktu yang sangat baik, sensitivitas tinggi (hingga satu foton), dan kekebalan terhadap medan magnet. Karakteristik ini menjadikannya pilihan yang baik untuk aplikasi pendeteksian cahaya dari satu hingga beberapa ribu foton.
SiPM adalah perangkat kompak dengan kemampuan untuk menahan guncangan mekanis. Performanya yang luar biasa membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi fotometri (deteksi cahaya), terutama dalam situasi di mana pengaturan waktu yang tepat diperlukan.
Aplikasi SiPM yang umum mencakup biofotonik, rentang LiDAR dan 3D, fisika energi tinggi, fisika partikel aero, penyortiran dan daur ulang, deteksi bahaya dan ancaman, spektroskopi fluoresensi, sintilator, pencitraan medis, dan banyak lagi.
Sektor pasar silikon photomultiplier meliputi industri, kedirgantaraan, otomotif, minyak dan gas, elektronik, serta teknologi informasi dan komunikasi.
Pabrikan sering menyesuaikan ukuran fisik, desain, dan parameter SiPM lainnya sesuai dengan aplikasi dan cahaya target. Misalnya, aplikasi UAV menggunakan sensor mini sementara operasi spektroskopi gamma lapangan mengandalkan rakitan yang lebih besar secara fisik. Selain itu, ada SiPM RGB yang dioptimalkan untuk cahaya tampak dan SiPM NUV untuk wilayah hampir ultraviolet.
SiPM terdiri dari larik ratusan atau ribuan self-quenched, single-photon avalanche photodiode (SAPD), juga disebut sebagai piksel atau mikrosel.
Setiap SAPD, yang dirancang untuk bekerja ketika dibias di atas tegangan tembus, memiliki resistor pendinginan seri terintegrasi, anoda, dan katoda untuk SiPM standar.
Beberapa pabrikan, seperti SensL, memiliki SiPM keluaran cepat dengan terminal keluaran ketiga selain anoda dan katoda. Ini memiliki kapasitor keluaran cepat terintegrasi di anoda SPAD.
Dalam aplikasi praktis, SiPM terdiri dari ratusan atau ribuan mikrosel secara paralel. Ini memberinya kemampuan untuk mendeteksi beberapa foton secara bersamaan dan berguna dalam berbagai aplikasi deteksi cahaya dan radiasi. Keluaran listrik secara langsung berkorelasi dengan jumlah foton yang diserap oleh piksel.
Mikrosel SAPD berukuran mikron dirancang untuk beroperasi dalam kondisi bias mundur mode Geiger, tepat di atas tegangan tembus.
Gambar di bawah menunjukkan rangkaian ekivalen dari APD. Secara umum, sambungan P-N bertindak sebagai sakelar yang dioperasikan dengan foton. Tanpa cahaya jatuh pada mikrosel, sakelar S terbuka dan tegangan pada kapasitansi sambungan CJ adalah VBIAS .
Ketika sebuah foton mendarat di mikrosel, itu menghasilkan pasangan lubang elektron. Salah satu pembawa muatan kemudian melayang ke daerah longsoran di mana ia memulai proses longsoran mandiri dan aliran arus. Jika tidak padam, arus akan mengalir tanpa batas.
Sakelar S langsung menutup saat dimulainya longsoran dan pelepasan CJ dari VBIAS ke VBD (tegangan rusak) melalui Rs (resistansi internal APD) dengan konstanta waktu RS CJ .
Saat pendinginan terjadi, sakelar S terbuka dan VBIAS mengisi ulang CJ dengan konstanta waktu RQ CJ . APD sedang dalam fase pemulihan dan direset kembali ke mode Geiger menunggu deteksi foton baru.
Efisiensi deteksi foton atau PDE mengukur kemampuan SiPM untuk mendeteksi foton. Ini mengacu pada rasio jumlah foton yang terdeteksi dengan foton yang mencapai SiPM. PDE adalah fungsi dari tegangan lebih V melintasi terminal APD dan panjang gelombang dari foton datang.
Tegangan tembus (VBD ) dalam SiPM adalah tegangan bias minimum (mundur) yang menghasilkan perkalian longsoran mandiri. Ketika VBIAS berada di atas VBD SAPD mengeluarkan pulsa arus. Perbedaan antara VBIAS dan VBD adalah tegangan lebih V yang mengontrol operasi SiPM. Meningkatkan tegangan lebih V meningkatkan kinerja PDE dan SiPM. Namun, ada batas atas di mana kebisingan dan gangguan lainnya, yang meningkat dengan tegangan lebih, mulai mengganggu operasi SiPM.
Tegangan tembus tergantung pada suhu dan karakteristik SPAD lainnya. Dengan demikian, lembar data biasanya menentukan tegangan tembus untuk suhu yang berbeda.
Ini adalah waktu yang dibutuhkan antara pendinginan longsoran salju dan ketika mikrosel sepenuhnya diatur ulang dan memperoleh kemampuan untuk mendeteksi foton yang masuk. Selama waktu pemulihan, mikrosel sedikit kehilangan kemampuannya untuk mendeteksi foton baru yang masuk. Konstanta waktu fase pemulihan adalah RQ CJ .
Suhu secara langsung mempengaruhi tegangan tembus, penguatan, kapasitansi sambungan, jumlah gelap dan efisiensi deteksi foton. Secara khusus, tegangan tembus lebih tinggi pada suhu tinggi dan akan mempengaruhi penguatan dan efisiensi deteksi foton yang berbanding lurus dengan tegangan lebih. Suhu yang lebih tinggi juga akan meningkatkan kemungkinan peristiwa gelap karena pembawa muatan yang dihasilkan secara termal.
Kotoran semikonduktor dan faktor lainnya sering menyebabkan pulsa keluaran acak baik saat ada maupun tidak adanya cahaya.
Agitasi termal dan faktor-faktor lain sering menyebabkan generasi pasangan dan pembawa elektron-lubang acak. Jika pembawa acak masuk ke wilayah longsoran dari wilayah penipisan APD, ia bergerak melalui wilayah medan tinggi di mana ia memicu pelepasan Geiger longsoran dan pulsa arus keluaran. Generasi pulsa tanpa adanya cahaya dikenal sebagai peristiwa gelap. Laju penghitungan gelap mengacu pada jumlah peristiwa gelap dalam periode tertentu dan dinyatakan sebagai hitungan per detik (cps).
Kebisingan berkorelasi mengacu pada output dari pelepasan longsoran sekunder yang dipicu oleh foton atau peristiwa gelap sebelumnya. Dua jenis utama derau yang berkorelasi adalah peristiwa Afterpulsing (AP) dan Optical Crosstalk (OC).
Afterpulsing terjadi ketika pembawa yang terperangkap selama penggandaan longsoran dalam silikon dilepaskan selama fase pemulihan SAPD. Operator akhirnya menghasilkan pulsa arus sekunder baru yang besarnya lebih kecil dari aslinya.
Crosstalk (OC) yang optimal terjadi ketika longsoran primer dalam satu mikrosel memicu longsoran sekunder di mikrosel yang berdekatan. Efek bersih dari pelepasan sekunder (longsoran) pada pulsa arus keluaran adalah bahwa ia meningkatkan amplitudo sinyal keluaran, sehingga lebih tinggi daripada yang dihasilkan oleh foton datang.
Probabilitas optical crosstalk (OC) meningkat dengan tegangan lebih.
Fotomultiplier silikon adalah perangkat penginderaan optik solid-state yang kompak dengan penguatan tinggi dan kemampuan untuk mendeteksi cahaya hingga ke tingkat foton. Teknologi ini menemukan aplikasi di berbagai bidang dan industri tetapi memiliki beberapa kelemahan, seperti kebisingan, yang dapat membatasi kinerjanya. Namun, teknologi SiPM masih terus berkembang dan memiliki potensi besar seiring perkembangannya.
Teknologi Industri
Sebagian besar produsen memproduksi papan sirkuit tercetak mereka dengan bahan FR4. Lagi pula, papan ini murah dan berguna untuk berbagai aplikasi. Namun, selain FR4, bahan papan sirkuit cetak lainnya mungkin ideal untuk aplikasi tertentu. Oleh karena itu, contoh yang sangat baik dari bahan papan la
Karena kekhawatiran atas keselamatan pengemudi dan penghematan bahan bakar menjadi lebih menonjol, pabrikan otomotif telah berupaya untuk membuat semua aspek siklus produksi kendaraan menjadi lebih efisien. Bagian dari proses optimasi yang sedang berlangsung ini termasuk secara menyeluruh mempertimb
Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana AC, makhluk manis yang selalu menjaga kamar kita pada suhu yang sesuai, membuat keajaiban terjadi? Nah, motor DC brushless magnet permanen, dengan pengaturan kecepatan yang sangat baik dan semua, akan melakukannya. Apa lagi yang bisa dilakukan motor DC? Mari k
Platform akses memberi pekerja cara sementara atau permanen untuk bekerja di berbagai ketinggian. Mereka datang dalam berbagai konfigurasi dan ditampilkan dalam pekerjaan mulai dari pemeliharaan utilitas hingga pemrosesan biji-bijian. Platform akses yang stabil dan dibuat dengan baik dapat memberika
