产品描述

SiPM(硅光电倍增管，多像素光子计数器（MPPC））是由数百至数万个直径为1~100 μm量级的相同的盖革雪崩光电二极管 (Geiger-Avalanche Photodiode, G-APD)单元并联集成在一单晶硅片上构成的阵列。 每个G-APD单元都串联着数百千欧的电阻用于及时淬灭雪崩产生的大电流。 所有G-APD单元共用一个取信号电极，并且都工作在盖革模式（工作电压高于G-APD单元击穿电压若干伏的工作模式）。

工作原理

每个硅光电倍增管由大量的（几百到几千个）雪崩二极管（APD）单元组成，每一个单元由一个APD和一个大阻值淬灭电阻串联而成，这些微元并联成一个面阵列。为硅光电倍增管加上反向偏压（一般是几十伏）后，每个微元的APD耗尽层有很高的电场，此时若外界有光子打进来，会和半导体中的电子空穴对发生康普顿散射，打出电子或空穴（这句话不精确，只为方便理解），高能的电子和空穴随即在电场中加速，打出大量的次级电子和空穴，即雪崩。此时每个微元电路中电流突然变大，在淬灭电阻R上降落的电压也变大，APD中的电场瞬间变小，即APD输出一个瞬时电流脉冲后雪崩停止，不同微元的淬灭电阻阻值相同，所以理论上讲每个微元会输出等大的脉冲。APD是模拟器件，但宏观来看每个微元都是逻辑单元，有信号输出是“1”，没有信号就是“0”。在硅光电倍增管的动态范围内，它输出电流的大小就和发生雪崩的微元数成正比。

产品特点

• 增益高

• 灵敏度高

• 偏置电压低

• 对磁场不敏感

• 结构紧凑

产品参数

参数	符号	条件	最小值	典型值	值	单位
光响应范围	λ		320至~900			nm
峰敏感波长	λp		360~470（取决于管芯型号）			nm
输出稳定信号的温度	-	Ta=25℃±10℃		±5		％
光灵敏度	Rv		2.1×106	2.6×106	3.2×106	V/W
上升时间	-			2		ns
光响应脉冲半高宽	FWHM			4		ns
光子计数频率	fc				80	MHz
暗计数率（推荐偏压下）	DCR			~400		KHz
噪声等效功率	NEP	黑暗条件		3		fw/Hz1/2
脉冲光光子数分辨数（平均）	PNR		0.1	20	47	个
饱和入射光通量	Pin			~100		nW

产品尺寸

与此产品相关解决方案

广泛应用于高能物理及核医学（PET）、生物医疗、荧光光谱、激光雷达、激光测距等领域，被广泛认为是可以未来极微弱光探测器的发展方向。

应用场景、应用领域综述

高能物理

高能物理中需要光探测器在的磁场环境中工作，并且， 对于探测器的PDE（探测效率）和暗噪声提出了的要求。

核医学（PET）

PET是惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。磁共振成像是一种生物磁自旋成像技术，它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影，无电离辐射，对机体没有不良影响。MR对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。

如果PET和MR能够统一在一起共同成像，将会对各种肿瘤、乳腺癌等疾病的诊断发挥巨大的效果。但是由于PET中使用的光电探测器光电倍增管（PMT）不能在MR的强磁场中工作，阻碍了PET和MR的结合。如果将PMT换为硅光电倍增管，这个问题就会迎刃而解。

PET/CT

精密分析

精密分析领域主要解决极弱光通量甚至单光子级别光通量的探测、分析、计量问题，比如荧光检测、流式细胞术等生物传感设备。SiPM在可见光范围内具有较高的探测效率，反应速度快，且相比PMT等电子管探测器具有更低的价格，是精密分析领域常用的光电探测器之一。

激光探测与测量

激光探测与测量（LiDAR，Light Detection And Ranging）是一种激光扫描技术，该技术集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元等技术于一体，是三维空间信息实时获取的重要手段之一( [5])  。LiDAR主要基于飞行时间技术（TOF，Time of Flight），对探测器的时间性能和探测效率提出要求，SiPM是少数能够满足该领域要求的探测器之一。SiPM能在明亮的阳光条件下进行长距离测距时提供的信噪比性能。其他优势包括较低的电源偏置和较低的温度变化敏感性，使其成为使用传统雪崩光电二极管（APD）的系统的理想升级产品。SiPM采用大批量CMOS工艺生产，可实现的探测器成本，从而实现应用于广阔市场的LiDAR方案。

        

          激光测距                                        激光雷达

X光辐照安检/集装箱扫描安检

    

      X光辐照安检                                            集装箱扫描安检

激光雷达汽车辅助驾驶

使用激光测量物体的距离已跨越了汽车、消费和工业应用领域。在汽车领域，LiDAR可用于提升安全性和驾驶员辅助系统（ADAS），通过与其他感知模式互补和提供冗余，辅助如车道保持和交通拥堵辅助等功能。LiDAR正普遍用于全自动驾驶的使用案例，例如机器人运输，以安全地实时导航环境。SiPM在905纳米（nm）处达到业界的18．5％的光子探测效率（PDE）（1）。SiPM的高内部增益使其灵敏度可达到单光子水平，该功能与高PDE结合使用，可以检测最微弱的返回信号。因此，即使是低反射目标，也能探测到更远的距离。

                    激光雷达汽车辅助驾驶

SiPM（MPPC）光子计数探测器是一种工作在盖革模式下的半导体光电倍增器件，是能够响应单个光子的探测，可以进行室温下的单光子弱光探测与光子计数。它的基本结构包含多像素光子计数器、高速信号放大电路、高压电路、取信号电路。所用多像素光子计数器在室温下就具有的光子数分辨能力，测量光通量的动态范围宽，响应时间短。