Caractérisation de la résistance aux radiations du silicium monocristallin de type N de haute pureté et haute résistivité : application au développement de détecteurs à pixels pour l'expérience ATLAS auprès du collisionneur LHC

Characterization of radiation hardness of high resistivity N-type silicon : application to the development of a pixel detector for the ATLAS experiment at LHC

• Auteur / Autrice : Christophe Arrighi
• Direction : Pierre Delpierre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules, physique mathématique, modélisation
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté des sciences (1969-2011)

Résumé

Un detecteur a pixels en silicium destine a la physique des hautes energies aupres du lhc est en cours d'etude au centre de physique des particules de marseille. Deux couches detectrices cylindriques de 11,5 et 16,5 cm de rayon constitueront la partie centrale du trajectographe de l'experience atlas, dont le but est l'analyse des produits des interactions proton-proton a 7tev-7tev dans le repere du centre de masse. Ces couches subiront des flux ionisants et non-ionisants eleves, estimes respectivement a 2,25 mrad. An#-#1 et 6,4/0#1#3 neutrons (1 mev). Cm#-#2. An#-#1 pour la couche de plus faible rayon avec la luminosite nominale de 10#3#4 cm#-#2. S#-#1. Afin d'evaluer la tenue aux radiations de diodes detectrices fabriquees sur des substrats de type n de haute resistivite, nous avons partiellement recree l'environnement radiatif d'atlas lors d'irradiations en protons, neutrons et pions. Des structures de test comprenant plusieurs geometries d'implants p#+ ont ete specialement concues a cet effet. Nous avons etudie les effets du temps et de la temperature sur les recuits des parametres statiques que sont le courant de fuite et la tension de desertion totale. A l'aide de mesures de spectres en energie, il a ete verifie que le comportement dynamique des pixels ne presentait pas de limitation majeure, notamment en terme d'efficacite de collection. Le rapport signal/bruit reste superieur a 100 apres un flux integre de l'ordre de 2/0#1#4 neutrons (1 mev). Cm#-#2. Nous avons par ailleurs montre la necessite de concevoir des anneaux de garde autour des matrices de pixels afin d'ameliorer leurs caracteristiques d'avalanche. La combinaison des resultats a permis d'estimer a 10 ans la duree de vie de la couche de pixels de 11,5 cm de rayon travaillant avec une epaisseur desertee de 100 m