Silicon photomultiplier de
Silizium-Photomultiplier (kurz SiPM) sind photonenempfindliche Detektoren, die als Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPAD) arbeiten.
Prinzip von Photodioden
Ein SiPM-Detektor wird durch eine gepixelte Matrix von Photodioden gebildet. Jede Photodiode besteht aus einem Übergang aus positiv und negativ dotiertem Silizium (p-n-Übergang). Zwischen den unterschiedlich dotierten Siliziummaterialien bildet sich ein verarmter Bereich, der frei von freien Ladungsträgern ist. Durch Anlegen einer Sperrspannung an die Photodioden kann der verarmte Bereich vergrößert werden, so dass er sich über den gesamten Sensor erstreckt. Beim Durchgang von ionisierender Strahlung durch eine Photodiode entstehen Elektronen-Loch-Paare. Diese freigesetzten Ladungsträger werden durch das elektrische Feld im verarmten Bereich in Richtung Anode (Löcher) oder Kathode (Elektronen) beschleunigt.
Der Geiger-Modus
Wenn die Sperrspannung hoch genug ist, um die Durchbruchspannung des p-n-Übergangs zu überschreiten, arbeitet die Diode im Geiger-Modus. Die Energie eines einzelnen Ladungsträgers, der durch das elektrische Feld beschleunigt wird, reicht aus, um weitere Elektronen-Loch-Paare zu erzeugen, die wiederum noch mehr Ladungsträger freisetzen. Letztlich kann der Vervielfältigungsprozess zu einer sich selbst erhaltenden Lawine führen
SiPM-Fotosensoren
Durch die Kombination einer Vielzahl von Photodioden, die wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben aufgebaut und betrieben werden, entsteht ein SiPM-Detektor. Die Größe der einzelnen Pixel (bzw. Dioden) liegt im Bereich von 10 bis 100 Mikrometern.
