Studio di fotodiodi a valanga per il calorimetro CMS al LHC del CERN"

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dell'APD. E importante mantenere l'esatta congurazione per la misura dei due segnali, dell'APD e del PIN, al ne di ottenere una misura sensata di " Q . Nella gura 3.2 e riportata schematicamente la congurazione di misura appena descritta. La misura dell'ecienza quantica viene ottenuta moltiplicando il rapporto tra i segnali per l'ecienza quantica del diodo PIN: " Q = signal APD(10V) signal PIN " PIN Q : (3.3) In questo modo il valore di " Q e determinato per diversi valori di . 3.2.4 Misura dell'Excess Noise Factor F La determinazione dell'Excess Noise Factor (F) e stata realizzata partendo dalla misurazione della uttuazione dell'ampiezza dell'impulso di luce prodotto da un LED aacciato alla nestra dell'APD, ad un dato guadagno, considerando la corrispondenza esistente tra la varianza al quadrato dell'impulso di luce ed F (vedi equazione 2.23). dove: 2 Led =AI pr M 2 F=AI amp MF (3.4) M I pr e il guadagno, e la corrente dovuta agli elettroni primari generati dal segnale di luce incidente (fotoelettroni), I amp =I pr M e la corrente raccolta all'uscita dell'APD, cioe dopo la regione di moltiplicazione. A e una costante che dipende dall'elettronica del circuito di analisi del segnale, Led 2 =2 Tot , 2 dark e la deviazione standard del fascio luminoso incidente, che risulta essere uguale alla dierenza delle relative varianze (al quadrato) del segnale uscente dall'APD e del rumore prodotto da questo. Il calcolo di F puo essere esegito conoscendo il valore dei sopracitati parametri: F= 2 LED AMI amp (3.5) La determinazione di tali parametri risulta alquanto complessa; ci sono diversi modi di procedere per il calcolo di ognuno di questi. 55
La misura della corrente I amp e realizzata con la stessa procedura utilizzata per la determinazione della corrente oscura (vedi gura 3.1). Si determina dapprima il valore della corrente amplicata dal fotodiodo, I tot , in corrispondenza dei valori di tensione di alimentazione scelti, quando l'APD e sottoposto ad illuminazione, e poi la corrente oscura in corrispondenza delle stesse tensioni. Il valore di I amp sara uguale alla dierenza tra I tot e la corrente oscura I D . Per quanto riguarda il guadagno M si ricorre alla denizione adottata nelle misure precedenti: M= I amp I amp (10V) dove le correnti sono quelle determinate in precedenza. (3.6) La misura della varianza richiede una procedura diversa; l'APD viene tenuto in una scatola oscura, molto simile a quella utilizzata nelle misure di corrente descritte nei paragra precedenti, al cui interno e stato inserito un circuito per l'accoppiamento del diodo con il sistema di amplicazione del segnale di tensione emesso. L'apparato di misura impiegato e stato schematizzato nella seguente gura 3.3. Il segnale di tensione uscente dal fotodiodo viene inizialmente amplicato da un preamplicatore ORTEC 142B, posto in prossimita della scatola di misura, per poi conuire ad uno shaper amplier ORTEC 474. Il segnale uscente e inviato ad un convertitore analogico-digitale (ADC) LECROY 2249W, collegato ad un personal computer. Gli impulsi di tensione dell'APD vengono, cos , digitalizzati e riportati in uno spettro che presenta in ascissa i canali dell'ADC e in ordinata i conteggi per canale. Possiamo, quindi, analizzare il picco prodotto da questi impulsi e calcolarne la varianza. Questo processo e eettuato sia nelle condizioni di APD illuminato dal LED, che in condizioni di APD oscurato; si determina, cos , sia Led che dark . Il procedimento deve essere ripetuto per diversi valori di tensione di alimentazione dell'APD, cioe in corrispondenza di piu valori del guadagno M. La misura della corrente I tot e I D , si eettua sincronicamente alla misura della varianza. Per la determinazione di A si utilizza un diodo PIN: si inserisce il diodo PIN nella scatola al posto dell'APD (nelle identiche condizioni) e ponendo l'alimentazione ad una data tensione (ad esempio 40V) si misura rispettivamente I D e dark , quando il diodo e oscurato, e I Tot e Tot , quando il PIN e illuminato. Conoscendo queste grandezze possiamo usare la formula spiegata all'inizio del 56
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