Los fotomultiplicadores de silicio , a menudo denominados " SiPM " en la bibliografía, son dispositivos de estado sólido sensibles a un solo fotón basados en un diodo de avalancha de un solo fotón (SPAD) implementado en un sustrato de silicio común. [1] La dimensión de cada SPAD individual puede variar de 10 a 100 micrómetros, y su densidad puede ser de hasta 10000 por milímetro cuadrado. Cada SPAD en SiPM opera en modo Geiger y está acoplado con los demás por una resistencia de extinción de metal o polisilicio . Aunque el dispositivo funciona en modo digital / de conmutación, la mayoría de SiPM son dispositivos analógicosporque todas las microcélulas se leen en paralelo, lo que permite generar señales dentro de un rango dinámico desde un solo fotón hasta 1000 fotones para un dispositivo con un área de solo un milímetro cuadrado. Se utilizan esquemas de lectura más avanzados para las aplicaciones LIDAR . [2] La tensión de alimentación ( V b ) depende de la tecnología APD utilizada y normalmente varía entre 20 V y 100 V, por lo que es de 15 a 75 veces menor que la tensión necesaria para el funcionamiento de un tubo fotomultiplicador tradicional (PMT).
Especificaciones típicas para un SiPM:
- La eficiencia de detección de fotos (PDE) varía del 20 al 50%, según el dispositivo y la longitud de onda, siendo similar a un PMT tradicional
- La ganancia ( G ) también es similar a una PMT, siendo aproximadamente 10 6
- La dependencia de G vs V b es lineal y no sigue una ley de potencia como en el caso de los PMT
- La fluctuación de tiempo está optimizada para tener una resolución de tiempo de llegada de fotones de aproximadamente 100-300 ps
- El tiempo de caída de la señal es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del número de fotoelectrones dentro de un evento de excitación
- Los parámetros de la señal son prácticamente independientes de los campos magnéticos externos, a diferencia de los PMT de vacío.
- Probabilidad de pospulso (3-30%), definida como probabilidad de segundos pulsos espurios después de la llegada de un solo fotón
- Densidad de recuento oscura es la frecuencia de pulsos en ausencia de iluminación (10 5 -10 6 pulsos / s / mm 2 )
- Las dimensiones reducidas y los voltajes más bajos permiten un diseño mecánico extremadamente compacto, ligero y robusto
Los SiPM para imágenes médicas son candidatos atractivos para el reemplazo del PMT convencional en imágenes de PET y SPECT , ya que brindan alta ganancia con bajo voltaje y respuesta rápida, son muy compactos y compatibles con configuraciones de resonancia magnética. Sin embargo, todavía existen varios desafíos, por ejemplo, SiPM requiere optimización para matrices más grandes, amplificación y digitalización de señales.
Ver también
Referencias
- ^ Mascotto, Massimo (17 de febrero de 2011), Silicon Photomultiplier Technology en STMicroelectronics (PDF) , consultado el 25 de julio de 2020
- ^ Un sensor de tiempo de vuelo de largo alcance de nueva generación basado en la tecnología FlightSense ™ de ST