Caratterizzazione e modellizzazione di SPAD custom orientata alla progettazione di circuiti di prelievo integrati

Negli ultimi anni il procedimento noto come Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) ha permesso la diffusione di diverse tecniche di misura basate sull’acquisizione di segnali luminosi estremamente deboli e veloci. I Single Photon Avalanche Diodes (SPAD) costituiscono attualmente i dispositivi più utilizzati in sistemi di acquisizione TCSPC. Oggigiorno le migliori prestazioni si ottengono con dispositivi realizzati in tecnologia custom, ovvero mediante il controllo delle diverse fasi del processo fotolitografico. Al fine di sfruttare al meglio le eccellenti prestazioni del dispositivo, si rende necessaria la presenza di un’elettronica di pick-up della corrente di segnale. Lo sviluppo di tale elettronica richiede, tuttavia, un modello elettrico del dispositivo, che permetta di simulare l’interazione tra lo SPAD e il circuito di prelievo, in particolare durante le fasi di crescita della valanga. Al fine di ricavare tale modello, in questo lavoro di tesi sono stati sviluppati differenti setup per la misura del segnale di corrente in uscita dal rivelatore. In particolare si è fatto uso di diverse tecniche di misura, quali l’osservazione diretta del segnale tramite oscilloscopio e la ricostruzione del fronte di corrente mediante la tecnica TCSPC. Tuttavia, l’inevitabile presenza delle componenti parassite nei setup utilizzati permette di osservare solamente in parte la corrente che fluisce all’interno del rivelatore. Per superare tale limitazione si è ideato un procedimento di misura, basato sull’acquisizione di eventi di crosstalk ottico tra due dispositivi. Tale misura sfrutta l’emissione di fotoni da parte di uno SPAD, che avviene con probabilità proporzionale all’intensità della corrente che vi scorre all’interno. Registrando i singoli fotoni mediante un procedimento TCSPC è stato possibile ottenere un istogramma proporzionale alla curva di corrente ricercata. Infine si è sviluppato un procedimento di calibrazione che ha permesso di estrarre i valori di corrente a partire dall’istogramma. Il perseguimento dello sviluppo di un modello potrà quindi avvalersi dei dati ricavati e delle nuove tecniche di misura sviluppate.