Thèse soutenue

Développement de détecteurs MKIDs (Microwave Kinetic Inductance Detectors) fonctionnant dans l'infrarouge proche et le visible pour l'astronomie.

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Auteur / Autrice : Samir Beldi
Direction : Piercarlo BonifacioMohamed Faouzi Boussaha
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 08/10/2019
Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (Paris) - Galaxies- Etoiles- Physique- Instrumentation / GEPI
établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
Jury : Président / Présidente : Maria Antonietta Barucci
Examinateurs / Examinatrices : Piercarlo Bonifacio, Mohamed Faouzi Boussaha, Frédérique Gadot, François Pajot, Andrea Catalano
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Gadot, François Pajot

Résumé

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Les MKIDs (Microwave Kinetic Inductance Detectors) par leurs aptitudes à compter les photons, à mesurer leurs énergies individuelles et à acquérir des images à très haute cadence sont susceptibles de permettre une révolution observationnelle dans le visible et l’infrarouge proche. Un détecteur MKID est un résonateur supraconducteur LC dont la fréquence de résonance intrinsèque est fixée par les caractéristiques physiques ainsi que la géométrie des parties inductives et capacitives. La détection est basée sur l'absorption de photons incidents par la partie inductive, qui modifie l'inductance cinétique du supraconducteur provoquant un décalage fréquentiel. Comparativement aux CCDs, les MKIDs permettent des vitesses de lecture plus rapide à des niveaux de bruit plus faibles car ils ne souffrent ni de bruit de lecture ni de bruit de courant d’obscurité. De plus, les MKIDs permettent de réaliser un multiplexage fréquentiel simple, ouvrant la voie à la réalisation de matrices comportant des milliers de pixels lus en temps réel avec une seule ligne de lecture. Les MKIDs optiques actuels sont souvent définis à partir d’un méandre inductif en série avec une capacité interdigitée. Afin de maintenir des fréquences de résonance relativement basse, typiquement quelques GHz, celle-ci doit être large et peut occuper jusqu’à 90% de la taille d’un pixel. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle conception qui consiste à remplacer la capacité interdigitée par une capacité parallèle plus compacte, permettant de réduire considérablement la taille du pixel. Ceci a permis d’atteindre un plus grand facteur de remplissage en vue, entre autres, d’une meilleure résolution spatiale des imageurs optiques dédiés à l’astronomie. Dans ce travail de thèse, je présenterai la conception et la fabrication d’une matrice de LEKIDs (Lumped Element Kinetic Inductance Detectors) utilisant le nitrure de titane (TiN) comme absorbeur supraconducteur, ainsi que les résultats expérimentaux, très prometteurs, obtenus entre 70 et 300 mK.