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

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(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) Figura 3.2: Congurazione degli apparecchi per la misura dell'ecienza quantica. (a) Lampada allo Xenon (b) Fibra ottica (c) Chopper (d) Monocromatore (e) Lenti (f) Diaframma ottico (g) Supporto dell'APD + V bias ORTEC 142B ORTEC 474 Lecroy 2249 w CSP Shaper Amplifier A D C Computer LED APD Figura 3.3: Schema della congurazione elettronica utilizzata per la misura di F. 57
APD VECCHIO MODELLO (M=50) T'22 o C (1995) 1 dM 1 dM APD C(pF) V br (V) I D (nA) F " Q N.C.E. M dV M dT Area (480 nm) d e (m) (%/V) (%/ o C) (cm 2 ) Ha.-LC 90 200300 300500 2.3 6567% 1720 5 -2.5 .2 Ha.-HC 220350 150 40100 2 6567% 3.5 16 -2.2 .2 EG&G 2530 300450 100300 2.72.8 70 710 1.5 -3.6 .25 Tabella 3.1: Caratteristiche degli APD di vecchia generazione: Hamamatsu bassa capacita (LC), Hamamatsu alta capacita (HC) e EG&G vecchia concezione. paragrafo: 2 Led = 2 Tot , 2 dark =AI amp MF (3.7) dove, per il PIN, F ed M sono uguali ad 1, e ricavare il valore di A. A dipende esclusivamente dall'elettronica utilizzata, per cui il calcolo appena descritto puo essere ripetuto variando l'intensita del LED sulla faccia del PIN, e vericando che il risultato del calcolo di A sia sempre dello stesso valore. 3.3 Risultati delle misure Gli APD che prendiamo in esame sono stati realizzati allo scopo di studiare le condizioni piu favorevoli per l'applicazione in CMS e per vericare ed incrementare la loro resistenza alle radiazioni. In tabella 3.1 sono riportate le caratteristiche dei primi APD forniti dalla Hamamatsu e della EG&G all'inizio della collaborazione con CMS. Per quanto riguarda la Hamamatsu, era in commercio un APD di bassa capacita (Ha-LC in tabella), ma con alto spessore ecace, e tale aspetto non era accettabile per l'utilizzazione nel calorimetro (vedi par. 2.4.3.3), a causa di un elevato Nuclear Counter Eect (NCE). Sotto richiesta della collaborazione, la Hamamatsu ha prodotto un nuovo prototipo Ha-HC ad alta capacita, ma basso spessore ecace. La capacita di questo prototipo era, pero, troppo alta dal punto di vista dell'eetto sul rumore elettronico, come si puo osservare dalla formula 2.21 del capitolo 2. L' EG&G aveva delle caratteristiche gia buone relativamente alla capacita, con uno spessore ecace accettabile, ma l'excess noise factor F era troppo elevato. Nell'estate del 1996 e arrivato nel laboratorio dell'INFN un pacchetto di quattro APD della Hamamatsu siglati come: BA, BC, BD, BE. Questi APD si caratterizzano per il dierente valore di capacita (due ad alta, due a bassa capacita). Questi modelli si dierenziano nettamente dai prototopi di vecchia generazione, come vedremo dai risultati delle misure e dalle tabelle mostrate qui di seguito. Il modello BC e stato preso 58
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