Performance of 1600 pixel MPPC for the GLD

Performance of 1600 -pixel MPPC for the GLD calorimeter readout 2006年 12月7日（木) 光検出器ワークショップ @ 浜松名鉄ホテル 前田高志 （筑波大学) for the GLD Calorimeter Group --- Contents -- • Introduction • Basic performance • Uniformity within a sensor • Summary and plans

GLD (Global Large Detector) Calorimeter § カロリメータ内での 粒子の識別が要求される Electro-magnetic Calorimeter tungsten plate § 微細な分割が必要 § 膨大なチャンネル数 ~10 Mchannel § 強磁場中で使用 PMTに代わる新しい 光検出器としてMPPC 1 cm x 4. 5 cm x 3 mm particles readout by MPPC

The Multi-Pixel Photon Counter (MPPC) …新しいタイプの半導体光検出器 ~ 1 mm 25~100 m Depletion region Substrate Gain が高い 光子検出効率が良い コンパクト ~ 数 mm Cost performanceが良い 磁場耐性 Dark noise 応答が非線形 Si Resistor 1600 -pixel Guard ring n Bias voltage (70~80 V) + p+ n Al conductor p- substrate p+ MPPC

1600 -pixel MPPC 3 mm 1. 3 mm 4 mm 1 x 1 mm ► 2006年 1月のsample ► 2006年 10月のsample ２０個

Pulse Shape 1 p. e. 2 p. e.

Measurement of Basic Characteristics ► 最新の 1600 -pixel MPPCについて特性評価 § Gain, Noise rate, Cross-talk ► バイアス電圧、温度依存性 　　Set up Green LED MPPC 恒温槽

Gain result Pedestal peak 25 o. C で測定 1 p. e. peak d 2 p. e. peak … S : ADCの分解能 = 0. 25 p. C/ADCcount A : Amp gain = 63 e : 素電荷 = 1. 6 x 10 -19 C C : pixel容量 V 0: Breakdown voltage

V 0 / C Variation Mean : 75. 55 V Variation : 0. 22 V Mean : 23. 82 f. F Variation ~ 3. 1 % ► Sample毎のばらつきは小さい C : pixel容量 V 0: Breakdown voltage

Noise rate / Cross-talk Variation ► 25 o. C で測定 Threshold 0. 5 p. e. Threshold 1. 5 p. e.

Noise rate / Cross-talkの温度依存性 • • 30 o. C 25 o. C Threshold 20 o. C 0. 5 p. e. 15 o. C 10 o. C -20 o. C ► 温度、DVが低いほど低Noise rate ► Cross-talkは温度に依存しない

レーザーシステム • @ KEK 測定器開発室 • YAG Laser, = 532 nm (green) • Pulse width ~ 2 nsec • Pulse rate ~ 8 k. Hz • Spot size ~ 1 m • 光量 ~ 0. 5 p. e. (not calibrated) 1600 pixel MPPC

Microscopic picture of a pixel ► New ► Old sample Laser spot ~25 m sample ► Plastic packageで 乱反射の影響か focusが合わず

Hit fraction vs. Bias Voltage ►Pixelの中央にレーザー照射 @室 Pedestal 1 pix. fired 2 pix. fired (cross-talk) Hit fraction 温 • Hit fractionはバイアス電圧に依存 • Vbias > 70 V で一定になる

Uniformity within a Pixel - Gain Vbias = 70. 0 V y-point (1 m pitch) Edge of the sensor x 105 x-point (1 m pitch) • ピクセルの中央は高いgain • 有感領域内でのばらつき ~ 2. 7 % (RMS)

Pixel-by-pixel uniformity - Hit fraction edge of the sensor ばらつき ~ 3. 2 % 20 x 20 pixels 0. 55 Sensor 0. 44

Pixel-by-pixel uniformity - Gain edge of the sensor • 端のピクセルが 高いGain • 模様が見えた • ばらつき ~ 2. 4 % 3. 8 (x 105) 3. 2(x 105)

Back up…

Old sample results - Gain • 30 o. C • 25 o. C • 20 o. C • 15 o. C • 10 o. C • 0 o C • -20 o. C V 0=a. T+b a = (5. 67 ± 0. 03) x 10 -2 V/o. C b = 66. 2 ± 0. 1 V

Old sample results – Noise rate • 30 o. C • 25 o. C • 20 o. C • 15 o. C • 10 o. C • 0 o C • -20 o. C Vbias – V 0(T) [V]

Hit fraction vs. Bias Voltage ►ピクセルの中央にレーザー照射 @ 室温 Pedestal peak 1 pix. fired peak 2 pix. fired peak バイアス電圧に依存 DV > 3 V で一定になる

Response / Correction curves ( with small cross-talk ) R (p; Npe) p=0. 1 p=0 (no cross-talk) Response curve Correction curve R-1(p; Nfired) p=0. 1