In this dissertation, I investigate the degree to which the electric field developed within the depletion region can influence the DCR and PDE quantitatively. More importantly, I demonstrate the photon-number resolving capability of an SiPM ($R_{SiPM}$) under an arbitrary light exposure with respect to the electric field strength to highlight the significance of well structures for designing an SiPM for a target scintillator detector application. To demonstrate the influence of the electric field on SiPM characteristics, SiPMs with three different p-well implantation conditions were selected to produce three different electric field profiles in descending order with the identical device layouts and under the identical fabrication environments. Measurements on the VBD, gain, DCR, PDE, and correlated noise were accordingly obtained from the fabricated samples. Based on the measured device parameters, the $R_{SiPM}$ of each sample was calculated to demonstrate how the electric field in the depletion region could quantitatively influence the SiPM performance. Ultimately, the intention of this research is to provide a guideline for obtaining appropriate SiPM parameters for target applications under given fabrication conditions.
본 박사학위논문에서는 실리콘 광증배센서 내부 공핍영역에서 발생한 전계값이 DCR과 PDE에 영향을 미치는 정도를 정량적으로 조사하였다. 더욱이 임의의 광량에 대해 이러한 전기장 변화에 따른 광자 갯수 분해 역량을 평가함으로써 실리콘 광증배센서 내부 구조 설계의 중요성을 확인하였다. 전계가 실리콘 광증배센서 각 특성에 미치는 영향력을 실증하기 위해 동일한 장치 레이아웃 및 공정 환경에서, 내림차순으로 세가지 붕소 이온 주입 농도를 갖는 실리콘 광증배센서를 제작하였다. 제작 된 각 샘플에서 항복전압, 증폭률, 잡음계수율, 광효율, 그리고 상관잡음 값을 측정하였다. 측정 된 변수 값에 따라 각 광증배센서의 광자 갯수 분해 역량을 계산함으로써 공핍영역의 전계값이 실리콘 광증배센서 성능에 어떠한 영향을 미치는가를 정량적으로 확인하였다. 최종적으로,이 연구의 목적은 주어진 공정 환경에서 적용하고자 하는 섬광 검출기 어플리케이션에 적잘한 실리콘 광증배센서 제작에 대한 지침을 제시하고자 한다
