Optimisation de la lecture et du contrôle de CCD à très bas bruit pour l'expérience DAMIC

par Latifé Khalil

Thèse de doctorat en Electronique et instrumentation

Sous la direction de Antoine Letessier-Selvon.

Le président du jury était Gregorio Bernardi.

Le jury était composé de Hervé Lebollo, Mariangela Settimo, Hassan Aboushady.

Les rapporteurs étaient Olivier Deligny, Corinne Berat.


  • Résumé

    De nombreuses observations astrophysiques indiquent l’existence de grandes quantités de masse invisible dans l’Univers, appelée matière noire, dont la nature reste indéfinie, ce qui en fait l’un des enjeux majeurs de la physique moderne. Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la détection directe de matière noire et ce dans le cadre de l’expérience DAMIC qui est installé au laboratoire souterrain de SnoLab (Canada). Mon travail de recherche s’est déroulé au sein du LPNHE qui participe à cette collaboration. Un système de lecture et de contrôle de CCD installé au LPNHE, a pour but d’étudier le comportement de ce détecteur. : il est constitué de cartes électroniques conçues au LPNHE. L’une de ces cartes supporte un ASIC de lecture appelé ASPIC ou CROC selon les versions, lequel amplifie le signal de sortie de CCD avec un gain programmable, ce permet de lire ce signal avec deux modes de lecture : Clamp & Sample et Dual Slope Integrator. Une autre carte supportant trois ASICs de contrôle appelés CABAC est capable de fournir toutes les horloges et les tensions de polarisation nécessaires au fonctionnement du CCD. Ce système contrôlé par un FPGA contient également un ADC qui permet de numériser le signal fourni par le CCD afin de le traiter par ordinateur. L’objectif de cette thèse est d’étudier les performances de ces ASICs ainsi que les résultats obtenus pour la caractérisation des CCD.

  • Titre traduit

    Optimization of very low noise CCD readout and control for the DAMIC experiment


  • Résumé

    Numerus astrophysics observations indicate the existence of great quantity of invisible mass in the universe. This mass is known as dark matter, and its nature remains undefined, which makes it one of the major challenges of modern physics. This thesis is devoted to the development of readout electronic in the framework of the DA- MIC experiment, a direct dark matter detector operating in the SNOLAB underground laboratory in Canada. My research work took place within the LPNHE which participates in this collaboration. A CCD reading and control system is installed at the LPNHE which aims to study the behavior of this detector: it consists of electronic boards designed at the LPNHE by a group of engineers. One of these boards supports an ASIC reading called ASPIC or its upgrade CROC, which amplifies the output signal delivered by the CCD with a programmable gain, and allows this signal to be read in two modes: Clamp & sample and Dual Slope Integrator. Another board supporting three control ASICs called CABAC is capable of providing all the clocks and bias voltages necessary for operating the CCD. This FPGA-controlled system also contains an ADC which digitizes the signal provided by the CCD in order to be processed by computer. The objective of this thesis is to study the performance of these ASICS as well as studying the results obtained for the characterization of CCDs.


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