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과학

실리콘 광증배기

실리콘 광증배기과학
영문명
Silicon photomultiplier
약자
SiPM
기본 단위
APD와 소호 회로로 구성한 미세 셀
주요 동작
항복 전압 이상의 가이거 모드
실리콘 광증배기는 가이거 모드로 동작하는 미세한 애벌랜치 광다이오드 셀을 병렬로 연결한 광검출기다. 약자는 SiPM이며, 입사한 빛이 일으키는 방전 펄스를 이용해 약한 광신호를 측정한다.

미세 셀을 모은 구조

SiPM은 하나의 큰 다이오드에만 의존하지 않고 작은 셀을 여러 개 병렬로 연결한다. 각 셀의 APD는 항복 전압보다 높은 역바이어스에서 동작한다. 광자가 전하 운반자를 만들면 그 운반자가 전자 사태를 촉발하여 전류 펄스가 나타날 수 있다.

방전을 멈추고 다시 준비하기

셀의 소호 저항은 방전 중 전압을 낮추어 전자 사태를 끝내는 데 관여한다. 이후 셀이 다시 충전되면 다음 사건을 검출할 수 있다. 빛이 들어온 뒤 전류가 끝없이 커지도록 두는 장치가 아니라 검출과 회복이 이어지는 구조다.

영상 센서와의 차이

여러 셀을 배열했다는 외형만으로 사진을 만드는 영상 센서라고 볼 수는 없다. 일반적인 SiPM에서는 셀들이 공통 출력에 연결되어 시간에 따라 변하는 신호를 읽는다. 셀의 위치별 영상을 저장하는 CCD와는 출력 정보와 사용 목적이 다르다.

검출 성능을 설명하는 값

항복 전압보다 얼마나 더 높은 전압을 가하는지는 이득과 동작 특성에 영향을 준다. 빛이 없어도 발생하는 암계수, 다른 셀로 이어지는 광학적 누화, 후속 펄스도 고려해야 한다. 큰 전류 펄스를 얻는 이득과 실제 입사 광자를 검출하는 효율은 구분된다.

관련 문서

광전자 증배관 / 광다이오드 / 광자 / 전자 / 반도체 / 전압 / CCD / 측정