多像素光子計(jì)數(shù)器 (MPPC)，也稱為硅光電倍增器 (SiPM)，是一種固態(tài)光電倍增管，非常適合單光子計(jì)數(shù)和其他超低光應(yīng)用，比如學(xué)術(shù)研究(生物光子學(xué)、粒子物理學(xué)、量子計(jì)算等)、測量儀器(流式細(xì)胞儀，顯微鏡等)、PET掃描儀、激光雷達(dá)等。

MPPC/SiPM溫度特性一般是指溫度變化引起的MPPC/SiPM增益的變化。這是因?yàn)闇囟扔绊憮舸╇妷?Vbr)，進(jìn)而影響過電壓(Vov)的大小，過電壓(Vov)指的是反向偏壓(Vbias)與擊穿電壓(Vbr)之差。因此，在有溫度變化的環(huán)境下使用MPPC/SiPM，比如戶外，過電壓的變化導(dǎo)致了MPPC/SiPM輸出信號會隨溫度而變化。

一、硅光電倍增管MPPC/SiPM溫度與增益的關(guān)系

溫度會影響MPPC/SiPM擊穿電壓的大小，溫度越高，擊穿電壓越大。這是因?yàn)闇囟仍礁撸Ц裾駝釉酱?，載流子在前期加速過程中碰撞到晶格的概率越大，而要想離子化晶格，載流子得具備一定的能量或者說速度，這就導(dǎo)致前期加速中載流子離子化晶格的概率降低，因此需要進(jìn)一步提升電場強(qiáng)度來彌補(bǔ)這種概率，簡單來說就是需要更高的電壓來實(shí)現(xiàn)MPPC/SiPM的擊穿，即擊穿電壓越大。

由于硅光電倍增管MPPC/SiPM的增益與過電壓成正比，溫度升高，晶格震動加劇，載流子在獲得足夠大的加速能量之前撞擊晶格的概率增加，電離發(fā)生的難度提高，擊穿電壓變大。因此，如果反向偏壓不變，溫度升高會導(dǎo)致增益降低。

為了使得過電壓保持不變，需要根據(jù)這個(gè)溫度系數(shù)同時(shí)提高M(jìn)PPC/SiPM的工作電壓，從而穩(wěn)定MPPC/SiPM的增益。

二、如何對硅光電倍增管MPPC/SiPM進(jìn)行溫度偏壓補(bǔ)償?

濱松MPPC/SiPM的工作電壓溫度系數(shù)是用來維持增益不變的，溫度系數(shù)用每攝氏度改變反向偏壓量來表示，以下圖為例，溫度系數(shù)約為63 mV/℃。

在有溫度變化的地方使用MPPC/SiPM，比如戶外時(shí)，MPPC/SiPM輸出信號會隨溫度而變化。為了維持穩(wěn)定的增益，需要保持器件溫度恒定，或者根據(jù)溫度變化調(diào)節(jié)反向偏壓。

這個(gè)時(shí)候，我們根據(jù)溫度變化來相應(yīng)地補(bǔ)償偏壓的大小，就可以使得過電壓保持不變，進(jìn)而穩(wěn)定探測器的增益。

以濱松S13360-3050CS為例，如果不進(jìn)行溫度偏壓補(bǔ)償，MPPC/SiPM增益隨溫度升高而下降。濱松開發(fā)出了自帶溫度偏壓補(bǔ)償功能的電源模塊，專門用來對MPPC/SiPM進(jìn)行溫度偏壓補(bǔ)償，例如C11204-01。

如下如所示，通過溫度偏壓補(bǔ)償之后，即使MPPC/SiPM在溫度跨度近60℃的條件下使用，其增益都可以保持非常穩(wěn)定的狀態(tài)。

審核編輯 黃宇