Solid
State Photomultipliers... The first real alternative to PMTs

An experimental study of a metal-oxide-semiconductor photomultiplier.

An investigation of the solid-state metal-oxide-semiconductor photomultiplier (SiMOSPM) has been performed.
A semiquantitative description is given of the SiMOSPM and associated device physics.
Experimental results are presented and interpreted, including the electrical response in the dark, the optical response, the dependence
on light-pulse rise-time, the optical intensity.
An experimental comparison of the SiMOSPM with a photomultiplier tube (PMT) is also made. In terms of responsivity and single photon detection, the present SiMOSPM is equivalent to that for the PMT.

The SiMOSPM appears to have potential for utilization in the detection of low-intensity, fast-rise-time light pulses.

 

Text coding UTF-8

О перспективах использования кремниевых лавинных МДП фотоприемников с отрицательной обратной связью.

C.Савранский,
Тбилиси - Москва - Иерусалим.

ВВЕДЕНИЕ

Лавинные МДП-фотоприемники.
Рядом авторских коллективов (см. список литературы) был предложен и разработан
(к сожалению, по независящим от авторов причинам не доведен до массового применения) совершенно новый вид лавинных фотоприемников с внутренним усилением на основе структуры металл—диэлектрик—полупроводник (ЛМДПФ).
В зарубежной литературе принято название
Si metal-oxide-semiconductor (MOS) photomultiplier (SiMOS PM).

Исследования и разработку технологии производства ЛМДПФ в 1973 – 1991 проводили:
1.ФИАН СССР; коллектив авторов (В.Э. Шубин),
2.НПО «МЭЛЗ» (В.В.Василькова),
3.Ин – т Электроники, г. Минск (В.Б.Залесский),
4.ИЯФ МГУ (З.Я. Садыгов),
5.НИИ «Волна», г. Тбилиси (С.М.Савранский).


Было показано, что при приложении к Si МДП - структуре импульсного линейно изменяющегося напряжения со скоростью нарастания 10х4 - 10х5 В/сек накопление носителей заряда вблизи границы раздела диэлектрик—полупроводник не успевает следовать за изменением электрического поля, и в области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника создаются условия для лавинного умножения носителей заряда.
Приложенное к МДП-структуре напряжение распределяется между диэлектриком и ОПЗ полупроводника. При достижении в ОПЗ напряженности электрического поля, достаточной для возникновения лавинного пробоя (10х6 В), ток через эту область резко увеличивается, ее сопротивление уменьшается, что приводит к перераспределению приложенного напряжения между диэлектриком и полупроводником. Уменьшение напряжения, приложенного к ОПЗ
полупроводника, приводит к гашению лавинного процесса, сопротивление ОПЗ увеличивается, соответственно увеличивается падение напряжения на нем, и напряженность электрического поля в ОПЗ полупроводника опять достигает критических значений.
Наличие в ЛМДПФ сильной отрицательной обратной связи по напряжению обеспечивает им ряд преимуществ перед приемниками излучения без усиления и с усилением на основе p—n  переходов. В первую очередь, это отсутствие необходимости жесткой стабилизации приемника по температуре и напряжению смещения, более высокие значения коэффициента усиления фототока, достигающие 10х3— 10х4, возможность создания многоэлементных приемников излучения и приемников с большой активной площадкой (5 см2), сравнимой с размерами фотокатодов ФЭУ.
В то же время ЛМДПФ имеют существенно меньшие размеры, высокий квантовый выход в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, используют низкие напряжения питания. ЛМДПФ характеризуются более однородным распределением чувствительности по поверхности и меньшим разбросом ее от экземпляра к экземпляру, чем ФЭУ.
Для решения задач регистрации слабых коротких световых импульсов, следующих с большой скважностью, в оптических системах дальнометрии и локации ЛМДПФ, в ряде случаев, является единственным адекватным фотоприемником. Однако импульсный характер его питания, наличие «мертвого времени», в течение которого приемник не обладает усилением, ставит проблему оптимальных условий его работы в режиме регистрации серий световых импульсов, следующих с невысокой скважностью.

К сожалению, наличие «мертвого времени», в течение которого приемник не обладает усилением, привело некоторых авторов к мысли о непреодолимости данного «недостатка»[*]. Однако, для лазерных дальномеров с использованием «пачечного» сигнала на основе лазера с диодной накачкой [** ;***] наличие «мертвого времени» не существенно, а ЛМДПФ можно считать перспективными для регистрации слабых световых импульсов в режиме синхронного счета фотонов.
В настоящей работе впервые проведено рассмотрение режимов функционирования ЛМДПФ при регистрации серий световых импульсов в режиме «счета фотонов».Рис.8 - 11(Chapter 1). [Литература ].

Дальнейшие перспективы развития метода счета фотонов были связаны с улучшением технологии изготовления ЛМДПФ.
Основные технологические исследования были поведены в Институте Электроники, г. Минск (В.Б.Залесский)
[References 1].
Разработанная В.Б.Залесским с сотрудниками технология изготовления ЛМДПФ была успешно внедрена на опытном заводе НПО «МЭЛЗ» (В.В.Василькова).

Исследование ЛМДПФ проведенные нами в августе 1985г. показали:

Из вышеизложенного очевидно, что если бы авторы не были вынуждены прекратить иследования, то в настоящее время ЛМДПФ являлся бы уникальной основой приборов импульсной фотометрии.

________________________________________________

*Novel Micro-pixel Avalanche Photo Diodes and their Possible Application in Cosmic Ray/Astrophysical Researches
I.M. ZHELEZNYKH, Z.YA. SADYGOV, B.A. KHRENOV, L.G. TKATCHEV,
F. ZERROUK
Proceedings of the 30th International Cosmic Ray Conference
Mexico City, Mexico, 2008
Vol. 5 (part 2), pages 1589–1592

**ЛАЗЕР С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ В ЛОКАТОРАХ С «ПАЧЕЧНЫМ» СИГНАЛОМ,

Васильев В.П., Глущенко Н.Ф., Знаменский И.В., Сумерин В.В.
(ФГУП "Научно-исследовательский институт прецизионного приборостроения",
Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 2, 2004 г.

*** ОБ ОПТИМАЛЬНОМ ПОСТРОЕНИИ СПУТНИКОВЫХ ЛАЗЕРНЫХ ЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ (0.532 мкм)
Denischik Yu. (Donbas State Technical University, State Inter-Institute Center “Orion” of
Laser Location).
Observation for the Satellites, Alchevsk, UKRAINE), belami@usr.lg.ua

Introduction
Chapter 1
Chapter 2
Chapter 3
Summary

References

Product News.

Under development: