Abstracto
En el campo de la instrumentación de radiación, existe el deseo de alcanzar una resolución temporal FWHM inferior a 10 ps para aplicaciones como la tomografía por emisión de positrones por tiempo de vuelo, la tomografía computarizada por positrones por tiempo de vuelo y la calorimetría resuelta en el tiempo. Una de las partes clave de la cadena de detección para estas aplicaciones es un detector de fotones individuales y, en los últimos años, se presentó el primer diodo de avalancha de fotones individuales (SPAD) con una resolución temporal inferior a 10 ps. Para alcanzar dicha resolución temporal, el SPAD se leyó mediante un amplificador operacional operado en lazo abierto como comparador. Este artículo presenta una comparación entre comparadores e inversores para determinar qué tipo de discriminador de flanco ascendente puede obtener la mejor resolución temporal de fotones individuales. Se prueban seis circuitos de extinción (QC) diferentes implementados en TSMC de 65 nm con SPAD de la misma arquitectura y en las mismas condiciones de operación. Esto nos permite comparar los resultados experimentales entre los diferentes QC. Este artículo también presenta un método para medir la pendiente de la señal SPAD, la variación del voltaje de exceso SPAD y simulaciones para determinar la fluctuación cíclica (jitter) añadida por diferentes discriminadores de flanco ascendente. Para algunas arquitecturas de discriminador, se requirió un transistor en cascada para aumentar el voltaje de exceso máximo del QC. Este artículo también presenta el impacto en la resolución temporal de fotones individuales al añadir un transistor en cascada a un comparador o a un discriminador basado en inversor. Este artículo reporta un FWHM SPTR de 6,3 ps para una lectura SPAD mediante un comparador de bajo umbral y un FWHM SPTR de 6,8 ps para un inversor de 1 V optimizado que utiliza un transistor en cascada para un voltaje de exceso mayor.
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