Cryogenic Characterization of FBK RGB-HD SiPMs

Aalseth, C. E.; Acerbi, F.; Agnes, P.; Albuquerque, I. F. M.; Alexander, T.; Alici, A.; Alton, A. K.; Ampudia, P.; Antonioli, P.; Arcelli, S.; Ardito, R.; Arnquist, I. J.; Asner, D. M.; Back, H. O.; Batignani, G.; Bertoldo, E.; Bettarini, S.; Bisogni, M. G.; Bocci, V.; Bondar, A.; Bonfini, G.; Bonivento, W.; Bossa, M.; Bottino, B.; Bunker, R.; Bussino, S.; Buzulutskov, A.; Cadeddu, M.; Cadoni, M.; Caminata, A.; Canci, N.; Candela, A.; Cantini, C.; Caravati, M.; Cariello, M.; Carlini, M.; Carpinelli, M.; Castellani, A.; Catalanotti, S.; Cataudella, V.; Cavalcante, P.; Cereseto, R.; Chen, Y.; Chepurnov, A.; Chiavassa, A.; Cicalò, C.; Cifarelli, L.; Citterio, M.; Cocco, A. G.; Colocci, M.; Corgiolu, S.; Covone, G.; Crivelli, P.; D'Antone, I.; D'Incecco, M.; Rolo, M. D. Da Rocha; Daniel, M.; Davini, S.; Candia, A. De; Cecco, S. De; Deo, M. De; Filippis, G. De; Guido, G. De; Rosa, G. De; Dellacasa, G.; Demontis, P.; Derbin, A. V.; Devoto, A.; Eusanio, F. Di; Pietro, G. Di; Dionisi, C.; Dolgov, A.; Dormia, I.; Dussoni, S.; Empl, A.; Ferri, A.; Filip, C.; Fiorillo, G.; Fomenko, K.; Franco, D.; Froudakis, G. E.; Gabriele, F.; Gabrieli, A.; Galbiati, C.; Abia, P. Garcia; Gendotti, A.; Ghisi, A.; Giagu, S.; Gibertoni, G.; Giganti, C.; Giorgi, M.; Giovanetti, G. K.; Gligan, M. L.; Gola, A.; Gorchakov, O.; Goretti, A. M.; Granato, F.; Grassi, M.; Grate, J. W.; Grigoriev, G. Y.; Gromov, M.; Guan, M.; Guerra, M. B. B.; Guerzoni, M.; Gulino, M.; Haaland, R. K.; Harrop, B.; Hoppe, E. W.; Horikawa, S.; Hosseini, B.; Hughes, D.; Humble, P.; Hungerford, E. V.; Ianni, An.; Cabre, S. Jimenez; Johnson, T. N.; Keeter, K.; Kendziora, C. L.; Kim, S.; Koh, G.; Korablev, D.; Korga, G.; Kubankin, A.; Kugathasan, R.; Kuss, M.; Li, X.; Lissia, M.; Lodi, G. U.; Loer, B.; Longo, G.; Lussana, R.; Luzzi, L.; Ma, Y.; Machado, A. A.; Machulin, I. N.; Mais, L.; Mandarano, A.; Mapelli, L.; Marcante, M.; Margotti, A.; Mari, S. M.; Mariani, M.; Maricic, J.; Marinelli, M.; Marras, D.; Martoff, C. J.; Mascia, M.; Messina, A.; Meyers, P. D.; Milincic, R.; Moggi, A.; Moioli, S.; Monasterio, S.; Monroe, J.; Monte, A.; Morrocchi, M.; Mu, W.; Muratova, V. N.; Murphy, S.; Musico, P.; Nania, R.; Napolitano, J.; Agasson, A. Navrer; Nikulin, I.; Nosov, V.; Nozdrina, A. O.; Nurakhov, N. N.; Oleinik, A.; Oleynikov, V.; Orsini, M.; Ortica, F.; Pagani, L.; Pallavicini, M.; Palmas, S.; Pandola, L.; Pantic, E.; Paoloni, E.; Paternoster, G.; Pavletcov, V.; Pazzona, F.; Pelczar, K.; Pellegrini, L. A.; Pelliccia, N.; Perotti, F.; Perruzza, R.; Piemonte, C.; Pilo, F.; Pocar, A.; Portaluppi, D.; Poudel, S. S.; Pugachev, D. A.; Qian, H.; Radics, B.; Raffaelli, F.; Ragusa, F.; Randle, K.; Razeti, M.; Razeto, A.; Regazzoni, V.; Regenfus, C.; Reinhold, B.; Renshaw, A. L.; Rescigno, M.; Riffard, Q.; Rivetti, A.; Romani, A.; Romero, L.; Rossi, B.; Rossi, N.; Rubbia, A.; Sablone, D.; Salatino, P.; Samoylov, O.; Sands, W.; Sant, M.; Santorelli, R.; Savarese, C.; Scapparone, E.; Schlitzer, B.; Scioli, G.; Sechi, E.; Segreto, E.; Seifert, A.; Semenov, D. A.; Serci, S.; Shchagin, A.; Shekhtman, L.; Shemyakina, E.; Sheshukov, A.; Simeone, M.; Singh, P. N.; Skorokhvatov, M. D.; Smirnov, O.; Sobrero, G.; Sokolov, A.; Sotnikov, A.; Stanford, C.; Suffritti, G. B.; Suvorov, Y.; Tartaglia, R.; Testera, G.; Tonazzo, A.; Tosi, A.; Trinchese, P.; Unzhakov, E. V.; Vacca, A.; Verducci, M.; Viant, T.; Villa, F.; Vishneva, A.; Vogelaar, B.; Wada, M.; Wahl, J.; Walker, S.; Wang, H.; Wang, Y.; Watson, A. W.; Westerdale, S.; Wilhelmi, J.; Williams, R.; Wojcik, M. M.; Wu, S.; Xiang, X.; Xiao, X.; Yang, C.; Ye, Z.; Zappa, F.; Zappalà, G.; Zhu, C.; Zichichi, A.; Zuzel, G.

doi:10.1088/1748-0221/12/09/P09030

We report on the cryogenic characterization of Red Green Blue - High Density (RGB-HD) SiPMs developed at Fondazione Bruno Kessler (FBK) as part of the DarkSide program of dark matter searches with liquid argon time projection chambers. A cryogenic setup was used to operate the SiPMs at varying temperatures and a custom data acquisition system and analysis software were used to precisely characterize the primary dark noise, the correlated noise, and the gain of the devices. We demonstrate that FBK RGB-HD SiPMs with low quenching resistance (RGB-HD-LRq) can be operated from 40 K to 300 K with gains in the range 105to 106and noise rates at a level of around 1 Hz/mm2.

Cryogenic Characterization of FBK RGB-HD SiPMs

Aalseth, C. E.;Acerbi, F.;Agnes, P.;Albuquerque, I. F. M.;Alexander, T.;Alici, A.;Alton, A. K.;Ampudia, P.;Antonioli, P.;Arcelli, S.;Ardito, R.;Arnquist, I. J.;Asner, D. M.;Back, H. O.;Batignani, G.;Bertoldo, E.;Bettarini, S.;Bisogni, M. G.;Bocci, V.;Bondar, A.;Bonfini, G.;Bonivento, W.;Bossa, M.;Bottino, B.;Bunker, R.;Bussino, S.;Buzulutskov, A.;Cadeddu, M.;Cadoni, M.;Caminata, A.;Canci, N.;Candela, A.;Cantini, C.;Caravati, M.;Cariello, M.;Carlini, M.;Carpinelli, M.;Castellani, A.;Catalanotti, S.;Cataudella, V.;Cavalcante, P.;Cereseto, R.;Chen, Y.;Chepurnov, A.;Chiavassa, A.;Cicalò, C.;Cifarelli, L.;Citterio, M.;Cocco, A. G.;Colocci, M.;Corgiolu, S.;Covone, G.;Crivelli, P.;D'Antone, I.;D'Incecco, M.;Rolo, M. D. Da Rocha;Daniel, M.;Davini, S.;Candia, A. De;Cecco, S. De;Deo, M. De;Filippis, G. De;Guido, G. De;Rosa, G. De;Dellacasa, G.;Demontis, P.;Derbin, A. V.;Devoto, A.;Eusanio, F. Di;Pietro, G. Di;Dionisi, C.;Dolgov, A.;Dormia, I.;Dussoni, S.;Empl, A.;Ferri, A.;Filip, C.;Fiorillo, G.;Fomenko, K.;Franco, D.;Froudakis, G. E.;Gabriele, F.;Gabrieli, A.;Galbiati, C.;Abia, P. Garcia;Gendotti, A.;Ghisi, A.;Giagu, S.;Gibertoni, G.;Giganti, C.;Giorgi, M.;Giovanetti, G. K.;Gligan, M. L.;Gola, A.;Gorchakov, O.;Goretti, A. M.;Granato, F.;Grassi, M.;Grate, J. W.;Grigoriev, G. Y.;Gromov, M.;Guan, M.;Guerra, M. B. B.;Guerzoni, M.;Gulino, M.;Haaland, R. K.;Harrop, B.;Hoppe, E. W.;Horikawa, S.;Hosseini, B.;Hughes, D.;Humble, P.;Hungerford, E. V.;Ianni, An.;Cabre, S. Jimenez;Johnson, T. N.;Keeter, K.;Kendziora, C. L.;Kim, S.;Koh, G.;Korablev, D.;Korga, G.;Kubankin, A.;Kugathasan, R.;Kuss, M.;Li, X.;Lissia, M.;Lodi, G. U.;Loer, B.;Longo, G.;Lussana, R.;Luzzi, L.;Ma, Y.;Machado, A. A.;Machulin, I. N.;Mais, L.;Mandarano, A.;Mapelli, L.;Marcante, M.;Margotti, A.;Mari, S. M.;Mariani, M.;Maricic, J.;Marinelli, M.;Marras, D.;Martoff, C. J.;Mascia, M.;Messina, A.;Meyers, P. D.;Milincic, R.;Moggi, A.;Moioli, S.;Monasterio, S.;Monroe, J.;Monte, A.;Morrocchi, M.;Mu, W.;Muratova, V. N.;Murphy, S.;Musico, P.;Nania, R.;Napolitano, J.;Agasson, A. Navrer;Nikulin, I.;Nosov, V.;Nozdrina, A. O.;Nurakhov, N. N.;Oleinik, A.;Oleynikov, V.;Orsini, M.;Ortica, F.;Pagani, L.;Pallavicini, M.;Palmas, S.;Pandola, L.;Pantic, E.;Paoloni, E.;Paternoster, G.;Pavletcov, V.;Pazzona, F.;Pelczar, K.;Pellegrini, L. A.;Pelliccia, N.;Perotti, F.;Perruzza, R.;Piemonte, C.;Pilo, F.;Pocar, A.;Portaluppi, D.;Poudel, S. S.;Pugachev, D. A.;Qian, H.;Radics, B.;Raffaelli, F.;Ragusa, F.;Randle, K.;Razeti, M.;Razeto, A.;Regazzoni, V.;Regenfus, C.;Reinhold, B.;Renshaw, A. L.;Rescigno, M.;Riffard, Q.;Rivetti, A.;Romani, A.;Romero, L.;Rossi, B.;Rossi, N.;Rubbia, A.;Sablone, D.;Salatino, P.;Samoylov, O.;Sands, W.;Sant, M.;Santorelli, R.;Savarese, C.;Scapparone, E.;Schlitzer, B.;Scioli, G.;Sechi, E.;Segreto, E.;Seifert, A.;Semenov, D. A.;Serci, S.;Shchagin, A.;Shekhtman, L.;Shemyakina, E.;Sheshukov, A.;Simeone, M.;Singh, P. N.;Skorokhvatov, M. D.;Smirnov, O.;Sobrero, G.;Sokolov, A.;Sotnikov, A.;Stanford, C.;Suffritti, G. B.;Suvorov, Y.;Tartaglia, R.;Testera, G.;Tonazzo, A.;Tosi, A.;Trinchese, P.;Unzhakov, E. V.;Vacca, A.;Verducci, M.;Viant, T.;Villa, F.;Vishneva, A.;Vogelaar, B.;Wada, M.;Wahl, J.;Walker, S.;Wang, H.;Wang, Y.;Watson, A. W.;Westerdale, S.;Wilhelmi, J.;Williams, R.;Wojcik, M. M.;Wu, S.;Xiang, X.;Xiao, X.;Yang, C.;Ye, Z.;Zappa, F.;Zappalà, G.;Zhu, C.;Zichichi, A.;Zuzel, G.

2017-01-01

Abstract

We report on the cryogenic characterization of Red Green Blue - High Density (RGB-HD) SiPMs developed at Fondazione Bruno Kessler (FBK) as part of the DarkSide program of dark matter searches with liquid argon time projection chambers. A cryogenic setup was used to operate the SiPMs at varying temperatures and a custom data acquisition system and analysis software were used to precisely characterize the primary dark noise, the correlated noise, and the gain of the devices. We demonstrate that FBK RGB-HD SiPMs with low quenching resistance (RGB-HD-LRq) can be operated from 40 K to 300 K with gains in the range 105to 106and noise rates at a level of around 1 Hz/mm2.