KIP-Veröffentlichungen

Silizium Photomultiplier (SiPMs) sind neuartige halbleiterbasierte Photodetektoren die für
eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind. Insbesondere werden sie für die Auslese der
Szintillator-Kacheln eines hoch granularen hadronischen Kalorimeter-Prototyps verwendet das
im Rahmen der Vorbereitungen für den International Linear Collider (ILC) entwickelt wurde.
Des Weiteren sind SiPMs sind vielversprechende Sensoren für das bildgebende Verfahren der
Positronen Emissions Tomographie (PET).
Ein Testsystem wurde entwickelt um die charakteristischen Eigenschaften der SiPMs zu messen
und Sensoren verschiedener Hersteller zu vergleichen. Dies ist wichtig um den am besten
geeignetsten Sensor für zukünftige Prototypen und den endgültigen Detektorentwurf zu finden.
In dieser Arbeit wurde das Testsystem wesentlich erweitert um eine umfassendere Charakterisierung
der Sensoren zu ermöglichen. Neben der "Breakdown"-Spannung, Verstärkung,
Photon-Detektions-Effizienz und Dunkelrate ermöglicht der neue Aufbau die "Cross-talk" und
"After-pulse" Wahrscheinlichkeit und die Temperaturabhängigkeit verschiedener Parameter zu
messen. Mit den Ergebnisse der einzelnen Messungen kann das Auflösungsvermögen bezüglich
der Anzahl detektierter Photonen bestimmt werden was ein wichtiger Parameter der SiPMs für
die Anwendung in Kalorimetern ist. Der Teststand ermöglicht ebenfalls den Sensor mit einem
kleinen Lichtpunkt abzufahren und so die Stabilität des Ansprechverhaltens örtlich aufzulösen.
Die Messungen und die Datenanalyse wurden vollständig automatisiert um eine einfachere und
schnellere Charakterisierung zu ermöglichen. Dies ist grundlegend für die Charakterisierung
einer großen Anzahl von Sensoren.

Silicon photomultipliers (SiPMs) are a novel type of semiconductor-based photodetectors suitable
for a large variety of applications. In particular they are used for the readout of the
scintillator tiles of a highly granular hadronic calorimeter prototype developed in preparation
for the future International Linear Collider (ILC) experiment. Furthermore, SiPMs are a
promising device for the Positron Emission Tomography (PET) imaging technique.
A test stand has been developed to study the characteristic properties of SiPMs and compare
sensors from dierent manufacturers which is important in order to find the device best suited
for future prototypes and the final detector design. In the context of this thesis the test stand
was largely extended in order to allow a more complete characterization of the sensors. Besides
the measurement of the breakdown voltage, gain, photon detection efficiency and dark-rate, the
new setup allows to determine the cross-talk and after-pulse probability and the temperature
dependence of different properties. The results of the individual measurements can be combined
to determine the photon-counting resolution of the SiPM which is an important parameter for
the calorimeter application. In addition, the spatial uniformity of the response can be studied
by scanning the sensor with a small light spot. The measurement process and data analysis were
fully automized in order to achieve a simplied and faster characterization procedure which is
essential for the characterization of a large number of devices.