• SiPM
• PET
• caratterizzazione spettroscopica
• rivelatori stato solido

La maggior parte dei sistemi usati per la rivelazione e la spettroscopia di
radiazione elettromagnetica si basa sull'utilizzo di tubi fotomoltiplicatori
(PMT). Recentemente sono stati sviluppati nuovi tipi di rivelatori basati
su diodi al silicio che lavorano in regime a valanga, che sembrano candidati
a sostituire i sistemi esistenti.
Alcuni vantaggi offerti dalla soluzione a stato solido sono: insensibilità al
campo magnetico, robustezza, compattezza e bassa tensione operazionale.
Inoltre questa tecnologia facilita le interconnessioni fra il rivelatore e l'elettronica di lettura.
Un diodo che lavora in una regione prossima al voltaggio di breakdown può
operare in due modi diversi a seconda che la tensione di alimentazione si
trovi al di sotto o sopra il punto di breakdown. Nel primo caso il dispositivo
è chiamato fotodiodo a valanga (APD). Ogni fotone assorbito crea per ionizzazione coppie di elettroni-lacune in numero fnito. Questo modo di operare
è chiamato lineare poiche il numero di portatori collezionati è proporzionale al numero di fotoni assorbiti. Nel secondo caso il dispositivo è chiamato
Geiger-Mode APD (GM-APD). In questo regime operazionale quando un
fotone produce una coppia elettrone-lacuna all'interno della zona di svuotamento o nelle immediate vicinanze, i portatori accelerati dall'elevato campo
elettrico innescano in tempi molto rapidi (centinaia di ps) una valanga che
produce in uscita un segnale di corrente macroscopico (dell'ordine del micro Ampere). La più grande limitazione di un singolo diodo operante in modalità Geiger è
che il segnale di uscita è lo stesso, indipendentemente dal numero di fotoni
interagenti. Per risolvere questa limitazione il diodo può essere segmentato
in sottili microcelle (ognuna lavorante in modalità Geiger) connesse in parallelo per avere un singolo output. Ogni elemento attivato da un fotone dà la
stessa risposta in corrente, in tal modo il segnale in uscita è proporzionale al
numero di celle colpite. Il range dinamico è limitato dal numero di elementi
che colpiscono il dispositivo e la probabilità che due o più fotoni colpiscano la
stessa microcella dipende dalle dimensioni della microcella. Questa struttura
è stata recentemente chiamata Silicon PhotoMultiplier(SiPM).
Una applicazione interessante dei SiPM è la rivelazione della luce emessa
dagli scintillatori. Tra i vari tipi di scintillatori, in questa tesi è stata data
particolare attenzione al LYSO (Lutenium Yttrium Oxyorthosilicate) per via
della sua alta resa luminosa (light yield ) e del veloce tempo di decadimento, caratteristiche estremamente utili nella tomografia a emissione di positroni (PET).
Lo FBK-irst (Centro per la ricerca Scientifica e Tecnologica di Trento) ha realizzato nell'ambito della collaborazione DASIPM2 dell'INFN dei dispositivi SiPM altamente competitivi, che sono stati integrati in array mono e
bidimensionali. Questi array sono parte di un progetto di collaborazione tra
la sezione INFN dell'Università degli Studi di Pisa, del Politecnico di Bari,
dell'Università degli Studi di Trento, dell'Università degli Studi di Bologna e
dell'Università degli Studi di Perugia. Lo scopo di questa tesi è quello di studiare le caratteristiche dei SiPM nella versione a singoli pixel e dei rispettivi
array 2D per la rivelazione di radiazione elettromagnetica di bassa intensità.
La caratterizzazione spettroscopica dei SiPM sarà mirata alla misura della
risoluzione temporale e della risoluzione energetica, parametri importanti ai
fini delle applicazioni PET.