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硅光电倍增管的结构和工作原理及其在PET中的应用介绍

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资料介绍

　　硅光电倍增管（Silicon photomultiplier），HAMAMATSU根据原理叫做MPPC（multi-pixel photon counter）是一种新型的光电探测器件，由工作在盖革模式的雪崩二极管阵列组成，一般具有增益高、灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感、结构紧凑等特点。它发明于二十世纪九十年代末，广泛应用于高能物理及核医学（PET）等领域，最近几年来在核医学领域发展迅速，被广泛认为是可以未来极微弱光探测器的发展方向。

　　每个硅光电倍增管由大量的（几百到几千个）雪崩二极管（APD）单元组成，每一个单元由一个APD和一个大阻值淬灭电阻串联而成，这些微元并联成一个面阵列。为硅光电倍增管加上反向偏压（一般是几十伏）后，每个微元的APD耗尽层有很高的电场，此时若外界有光子打进来，会和半导体中的电子空穴对发生康普顿散射，打出电子或空穴（这句话不精确，只为方便理解），高能的电子和空穴随即在电场中加速，打出大量的次级电子和空穴，即雪崩。此时每个微元电路中电流突然变大，在淬灭电阻R上降落的电压也变大，APD中的电场瞬间变小，即APD输出一个瞬时电流脉冲后雪崩停止，不同微元的淬灭电阻阻值相同，所以理论上讲每个微元会输出等大的脉冲。APD是模拟器件，但宏观来看每个微元都是逻辑单元，有信号输出是“1”，没有信号就是“0”。在硅光电倍增管的动态范围内，它输出电流的大小就和发生雪崩的微元数成正比。

　　硅光电倍增管（MPPC；Si-PM）内部结构详见图示，MPPC的最基础的单元是由盖革模式下的APD和串联的淬灭电阻构成，这两者合并构成了一个像素（Pixel）。硅光电倍增管就是有大量的这种像素在二维方向上排列组成的。

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