Modern scintillator-based radiation detectors require silicon photomultipliers (SiPMs) with photon detection efficiency higher than 40% at 420 nm, possibly extended to the vacuum ultraviolet (VUV) region, single-photon time resolution (SPTR) < 100 ps, and dark count rate (DCR) < 150 kcps/mm². To enable single-photon time stamping, digital electronics and sensitive microcells need to be integrated in the same CMOS substrate, with a readout frame rate higher than 5 MHz for arrays extending over a total area up to 4 mm × 4 mm. This is challenging due to the increasing doping concentrations at low CMOS scales, deep-level carrier generation in shallow trench isolation fabrication, and power consumption, among others. The advances at 350 and 110 nm CMOS nodes are benchmarked against available SiPMs obtained in CMOS and commercial customized technologies. The concept of digital multithreshold SiPMs with a single microcell readout is finally reported, proposing a possible direction toward fully digital scintillator-based radiation detectors.

核能科学与技术和人们的生活联系紧密，但同时核辐射也可能危害人们的身体健康，因此需要加强对核辐射的监测。有线核辐射监测系统布线复杂、施工周期长、成本较高，且移动性差、故障排查较为困难。为了满足便捷测量γ辐射环境的需求，基于LoRa无线通信技术，设计了γ辐射监测系统。该系统的主要功能包括数据采集、数据处理及数据传输，采用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）闪烁体探测器进行数据采集，STM32单片机作为核心处理器对采集的数据进行处理、打包，由LoRa无线通信模块进行数据传输。针对可能存在的因复杂电磁环境、传输距离等因素导致监测系统断线及数据传输频繁时造成的区域内信道拥堵问题，设计了动态最优路径通讯算法，通过筛选中继节点，寻找最优重连路径以及实现数据发送的优先级分配。实际测试结果表明：闪烁体探测器测试辐射数据结果可靠，且基于LoRa的γ辐射监测系统数据传输稳定性达到99.57%以上。该系统具有组网灵活、传输距离远、成本低、拓展性强等优点，具有广泛的应用前景。

温度会使硅光电倍增管的增益产生较大的漂移，进而影响硅光电倍增管的增益精度。为了使硅光电倍增管增益不随温度发生较大变化，设计了硅光电倍增管的自动增益校正系统，包括基于单片机的高压电源设计与采集系统设计。高电压模块精确工作的温度范围为−10～60 ℃，电源噪声约为30 mV，满足硅光电倍增管性能测试的需求。采集系统经过扫频测试与激光照射测试，可以较好地通过60 MHz的交流信号，并将光信号转变为较明显的电信号。该系统可以向京邦公司的硅光电倍增管阵列JARY-TP3050-8X8C提供工作电压与采集电路。