Tecnologia della fotorivelazione basata su dispositivi a ... - Matematica

3.3) Il fotodiodo ibrido (HPD – “Hybrid Photodiode”)
Una valida alternativa al PMT classico è il dispositivo seguente, chiamato “fotodiodo ibrido” (HPD – “Hybrid
Photodiode”).
Fig. 10
Schema di un HPD, un dispositivo strutturalmente molto simile ad un PMT classico, ad eccezione dell’anodo, costituito da una matrice di
fotodiodi a semiconduttore, in parallelo fra loro, fortemente polarizzati in inversa. I fotodiodi sfruttano la moltiplicazione, dovuta al
breakdown a valanga, delle fotocariche provenienti dal volume del tubo. Il vantaggio in termini di guadagno, che è superiore a quello tipico di
un PMT classico, grazie al contributo moltiplicativo fornito dai fotopixel, è accompagnato dall’introduzione di sorgenti di rumore tipiche della
componentistica attiva a semiconduttore.
Il funzionamento è del tutto analogo a quello del PMT normale, con l’eccezione del sistema di raccolta delle
cariche in prossimit{ dell’anodo: gli elettroni, arrivati nei pressi di x3, vengono raccolti da una matrice quadrata
di microcelle (fotodiodi a semiconduttore, di cui parleremo in seguito) montate in parallelo, polarizzate
inversamente. All’interno di ciascuna delle microcelle si verifica un fenomeno di “breakdown a valanga” che
porta alla generazione di un elevatissimo numero di cariche. Queste, in ciascuna microcella, formano una
corrente j dovuta al fatto che la microcella in questione ha ricevuto uno o più elettroni dal tubo. La somma di
tutte le correnti j dà origine alla corrente J, legata all’entit{ della luce incidente sul catodo. Nel HPD equipaggiato
con dinodi il guadagno, che è maggiore di quello del PMT classico, è affidato sia ai campi dinodici all’interno del
tubo, sia ai fenomeni di moltiplicazione interni alle microcelle dell’anodo pixellato. La QE per un buon HPD
commerciale è sempre, circa, del 25%. Il voltaggio anodo – catodo tipico è di 15kV.
A fronte di un incremento del guadagno, dovuto al contributo moltiplicativo dell’anodo “speciale”, si ha
un’accentuazione del rumore che affligge la misura di corrente J. Oltre alla corrente di buio prima citata, si
aggiungono, ora, tutte le fluttuazioni statistiche ineliminabili:
1) il “rumore termico” (gaussiano bianco), ovvero la fluttuazione termica statistica degli elettroni che comporta
variazioni non deterministiche (non prevedibili) del modulo e della polarità del campo, relativo alla presenza
degli elettroni termici “liberi” all’interno del reticolo cristallino;
2) il “rumore shot” (anche questo gaussiano bianco), cioè il rumore di attraversamento di barriera di potenziale;
3) il “rumore flicker” (detto anche “rumore rosa”), ossia la variazione stocastica nel tempo, in un punto del
cristallo, di una qualche popolazione di portatori di carica.
Questi rumori condizionano pesantemente le prestazioni di una microcella fatta a giunzione pn. Inoltre l’anodo
pixellato soffre della deriva delle caratteristiche, rispetto alla variazione della temperatura e all’invecchiamento
del dispositivo, che è tipica di tutta la componentistica attiva: ciò causa un ulteriore scostamento dalla situazione
ideale. In un HPD in cui il guadagno è affidato unicamente ai pixels dell’anodo, cioè in un HPD privo dei dinodi
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