TES résistif et électronique cryogénique de contre-réaction active associée

High resistivity TES and cryogenic electronics for an active electrothermal feedback

• Auteur / Autrice : Galahad Jego
• Direction : Jean-Luc Sauvageot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Alain Abergel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Sauvageot, Alain Abergel, Jules Gascon, Martin Loidl, Dan McCammon, Damien Prêle, Natalie Webb, Xavier de La Broïse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jules Gascon, Martin Loidl

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rétroaction (électronique)

Calorimétrie

Cryoélectronique

Supraconducteurs

Mots clés libres

TES

Microcalorimétrie

Electronique

Contre-réaction

Cryogénie

TES

Cryogenic

Microcalorimeter

Feedback

Electronic

Résumé

Depuis quelques années, le CSNSM d’Orsay est capable de fabriquer des pistes en niobium et silicium en méandres qui forment des microcalorimètres TES à haute résistivité (HRTES). La haute impédance permet l’utilisation d’une électronique de lecture à base de transistors. Cela simplifie le multiplexage et offre la possibilité de déplacer le premier étage de lecture à un étage plus chaud du cryogénérateur limitant alors la puissance Joule dissipée sur l’étage des thermomètres. Le travail de ce document vise à étudier la crédibilité des HRTES en tant que détecteur haute résolution à l’aide d’une contre-réaction active en proposant un modèle thermoélectrique résolu analytiquement et numériquement. Les paramètres de ce modèle sont déterminés expérimentalement. Les mesures de la résolution numérique du modèle sont confrontées aux mesures à l’équilibre thermique et lors d’une excitation thermique. Il donne des résultats très cohérents. La résolution analytique du modèle permet de faire des projections de résolution et d’optimisation du détecteur. La résolution théorique qui en découle ne s’oppose pas à l’objectif de moins de 2,5 eV d’Athéna. Cette étude indique aussi que la contre-réaction active réduit les effets du découplage électrons/phonons et stabilise le HRTES au point de polarisation souhaité. Elle encourage à poursuivre les efforts de développement.

Since a few years, CSNSM, Orsay, is capable of co-evaporating niobium and silicon into highly resistive TES (HRTES) meanders. This high impedance allows the use of transistors as readout electronics. The first stage of this electronics can be placed away from the thermometers reducing Joule power on the colder stage of the cryocooler. Also, multiplexing is greatly simplified. This manuscript aims to study the credibility of HRTES as high resolution microcalorimeters. A model of the HRTES and its active electrothermal feedback is resolved analytically and numerically. The parameters of this model are computed with experimental data. The numerical solving of the model is constantly compared to the thermal equilibrium and dynamic measured data. This comparison shows coherence between model and data. The analytical solving is used to compute a theoretical resolution and to optimize the detector. The resulting theoretical resolution does not conflict with Athena’s objective of less than 2.5 eV. It also shows that effects of the electrons/phonons decoupling are greatly reduced and that the HRTES can be stabilized at desired bias point. All of this work encourages further development efforts.