Etude des corrélations entre les défauts structuraux et les inhomogénéités spatiales des détecteurs de rayons X à base de CdTe pour l'imagerie médicale

Study of correlation between the structural defects and inhomogeneities of CDTE based radiation detectors used for medical imaging

• Auteur / Autrice : Camille Buis
• Direction : Ghanem Marrakchi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Image, Vision, Signal
• Date : Soutenance le 11/10/2013
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Barbier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ghanem Marrakchi, Olivier Limousin, Thierry Duffar, Eric Gros d'Aillon, Yves Jourlin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dislocations dans les cristaux

Détecteurs de rayonnement

Photoluminescence

Mots clés libres

CDTE

Caractérisations

Dislocations

Détecteur rayons X

Attaque chimique

IBIC

Photoluminescence

Cathodoluminescence

CDTE

Characterizations

Dislocations

X-ray detector

Chemical etching

IBIC

Photoluminescence

Résumé

Ces travaux de doctorat proposent d’apporter une contribution à l’identification et à la compréhension des phénomènes limitant les performances de détecteurs de rayon X à base de CdTe:Cl développés pour des applications en radiographie. En effet, des inhomogénéités spatiales non-stables dans le temps sont observées dans la réponse de ces capteurs. Les défauts des cristaux utilisés pour la détection ont été caractérisés. Notamment, les dislocations révélées par attaque chimique et par topographie X présentent des arrangements en mur à la surface des échantillons, ces défauts sont majoritairement traversant dans toute l’épaisseur du cristal. Il a ensuite été montré que ces murs de dislocations sont responsables des inhomogénéités de photo-courant sous irradiation par des rayons X et de courant de fuite d’un détecteur à base de CdTe:Cl. De plus, les niveaux pièges dans le gap du CdTe ont été investigués par des méthodes de spectroscopie optique à basse température : les images de cathodoluminescence mettent en évidence le caractère non-radiatif des murs de dislocations, mais ne montrent pas l’apparition de la luminescence Y au niveau de ces défauts, normalement attribuée aux dislocations dans la littérature. Enfin, l’influence des murs de dislocations sur les propriétés de transport des porteurs de charge a été étudiée par la méthode « Ion Beam Induced Current » (IBIC) montrant qu’ils entraînent une diminution de la valeur du produit mobilité-temps de vie des électrons et des trous

In the present Ph.D. thesis, we investigate microstructural defects in a chlorine-doped cadmium telluride crystal (CdTe:Cl), to understand the relationship between defects and performance of CdTe-based radiation detectors. Characterization tools, such as diffraction topography and chemical etching, are used for bulk and surface investigations of the distribution of dislocations. Dislocations are arranged into walls. Most of them appear to cross the whole thickness of the sample. Very good correlation is observed between areas with variations of dark-current and photo-current, and positions of the dislocation walls revealed at the surface of the sample. Then spectroscopic analysis of these defects was performed at low temperatures. It highlighted that dislocation walls induce non-radiative recombination, but it didn’t show any Y luminescence usually attributed to dislocations in the literature. Ion Beam Induced Current (IBIC) measurements were used to evaluate the influence of dislocation walls on charge carrier transport properties. This experiment shows that they reduce the mobility-Iifetime product of the charge carriers. A very clear correlation was, in fact, established between the distribution of the dislocation network and the linear defects revealed by their lower CIE on the device