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Jradi, Khalil. Étude et réalisation de photodétecteurs de type APD Geiger pixellisés à très haute sensibilité pour l'astronomie gamma très haute énergie

Jradi, Khalil (2010) Étude et réalisation de photodétecteurs de type APD Geiger pixellisés à très haute sensibilité pour l'astronomie gamma très haute énergie.

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Résumé en francais

L'astronomie gamma des Très Hautes Energies utilise jusqu'à aujourd'hui exclusivement comme détecteurs le Photomultiplicateur à Tube (PMT) pour capter les faibles flux lumineux des gerbes atmosphériques. Mais une alternative commence à apparaitre : les photodiodes à avalanche polarisées en mode Geiger appelées APD-Geiger. Le PMT est un détecteur conçu dans les années 70 qui présente certes de nombreux avantages mais qui souffre également d'inconvénients comme la taille, le coût, le poids ou encore la sensibilité aux champs magnétiques et surtout la difficulté à réaliser une pixellisation en matrice. Les APD-Geiger, sont des dispositifs à semi-conducteur composés d'une jonction PN intégrée dans une technologie spéciale pour la détection de très faible flux lumineux grâce à leur polarisation au delà de la tension d'avalanche. Les APD-Geiger présentent un gain de photoélectrons très élevé (~106), bien que dépendant fortement de la tension de polarisation au delà de l'avalanche. Ces photodiodes présentent de nombreux avantages par rapport aux photomultiplicateurs, notamment du point de vue de leur miniaturisation pour des applications basées sur l'imagerie, comme la détection de flashs Tcherenkov en astronomie gamma. Dans cette thèse, nous présentons l'étude, la conception et la réalisation de cette structure technologique basée sur du Silicium. Cette structure a montré sa fiabilité pour la détection de faibles flux lumineux avec une tension de claquage de 12V et un courant de fuite ne dépassant pas 10pA au claquage. Nous avons également mis au point, différents modèles physiques et électriques indispensables aux démarches d'optimisation technologiques ainsi qu'au développement des circuits de commande et de lecture, i.e. la base de toute technologie d'imagerie. Le travail présenté ici consiste en l'étude, la conception et la réalisation d'une matrice de pixels à haute sensibilité. Un projet de télescope Cerenkov basé sur cette technologie innovante est finalement présenté.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Bazer-Bachi, Adnane-Robert
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements (CESR), UMR 5187
Mots-clés libres :Rayons cosmiques - Flash Cerenkov - Photodiodes à avalanche - Photodétecteurs sur Silicium - Modélisations VHDL-AMS & Silvaco - Réalisation technologique - Salle blanche
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :09 Mar 2011 11:53