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Tesi etd-09022008-133818


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
BASSI, SARAH
email address
bassi.sarah@gmail.com
URN
etd-09022008-133818
Title
Caratterizzazione Spettroscopica di Fotorivelatori al Silicio SiPM
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
FISICA APPLICATA
Commissione
Relatore Del Guerra, Alberto
Parole chiave
  • SiPM
  • PET
  • caratterizzazione spettroscopica
  • rivelatori stato solido
Data inizio appello
23/09/2008;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
La maggior parte dei sistemi usati per la rivelazione e la spettroscopia di<br>radiazione elettromagnetica si basa sull&#39;utilizzo di tubi fotomoltiplicatori<br>(PMT). Recentemente sono stati sviluppati nuovi tipi di rivelatori basati<br>su diodi al silicio che lavorano in regime a valanga, che sembrano candidati<br>a sostituire i sistemi esistenti.<br>Alcuni vantaggi offerti dalla soluzione a stato solido sono: insensibilità al<br>campo magnetico, robustezza, compattezza e bassa tensione operazionale.<br>Inoltre questa tecnologia facilita le interconnessioni fra il rivelatore e l&#39;elettronica di lettura.<br>Un diodo che lavora in una regione prossima al voltaggio di breakdown può <br>operare in due modi diversi a seconda che la tensione di alimentazione si<br>trovi al di sotto o sopra il punto di breakdown. Nel primo caso il dispositivo<br>è chiamato fotodiodo a valanga (APD). Ogni fotone assorbito crea per ionizzazione coppie di elettroni-lacune in numero fnito. Questo modo di operare<br>è chiamato lineare poiche il numero di portatori collezionati è proporzionale al numero di fotoni assorbiti. Nel secondo caso il dispositivo è chiamato<br>Geiger-Mode APD (GM-APD). In questo regime operazionale quando un<br>fotone produce una coppia elettrone-lacuna all&#39;interno della zona di svuotamento o nelle immediate vicinanze, i portatori accelerati dall&#39;elevato campo<br>elettrico innescano in tempi molto rapidi (centinaia di ps) una valanga che<br>produce in uscita un segnale di corrente macroscopico (dell&#39;ordine del micro Ampere). La più grande limitazione di un singolo diodo operante in modalità Geiger è<br>che il segnale di uscita è lo stesso, indipendentemente dal numero di fotoni<br>interagenti. Per risolvere questa limitazione il diodo può essere segmentato<br>in sottili microcelle (ognuna lavorante in modalità Geiger) connesse in parallelo per avere un singolo output. Ogni elemento attivato da un fotone dà la<br>stessa risposta in corrente, in tal modo il segnale in uscita è proporzionale al<br>numero di celle colpite. Il range dinamico è limitato dal numero di elementi<br>che colpiscono il dispositivo e la probabilità che due o più fotoni colpiscano la<br>stessa microcella dipende dalle dimensioni della microcella. Questa struttura<br>è stata recentemente chiamata Silicon PhotoMultiplier(SiPM).<br>Una applicazione interessante dei SiPM è la rivelazione della luce emessa<br>dagli scintillatori. Tra i vari tipi di scintillatori, in questa tesi è stata data<br>particolare attenzione al LYSO (Lutenium Yttrium Oxyorthosilicate) per via<br>della sua alta resa luminosa (light yield ) e del veloce tempo di decadimento, caratteristiche estremamente utili nella tomografia a emissione di positroni (PET).<br>Lo FBK-irst (Centro per la ricerca Scientifica e Tecnologica di Trento) ha realizzato nell&#39;ambito della collaborazione DASIPM2 dell&#39;INFN dei dispositivi SiPM altamente competitivi, che sono stati integrati in array mono e<br>bidimensionali. Questi array sono parte di un progetto di collaborazione tra<br>la sezione INFN dell&#39;Università degli Studi di Pisa, del Politecnico di Bari,<br>dell&#39;Università degli Studi di Trento, dell&#39;Università degli Studi di Bologna e<br>dell&#39;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<br>array 2D per la rivelazione di radiazione elettromagnetica di bassa intensità.<br>La caratterizzazione spettroscopica dei SiPM sarà mirata alla misura della<br>risoluzione temporale e della risoluzione energetica, parametri importanti ai<br>fini delle applicazioni PET.
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