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d’ajuster les bandes de réponse spectrale à loisir. C’est le principe décrit dans la demande de brevet
FR2968836 (Gach) [1].
L’un des facteurs limitant du système est l’ « excess noise factor » (F) qui introduit une fluctuation
aléatoire du gain. Les e-APD sont des photodiodes à avalanche remarquables dans le sens où leur
« excess noise factor » (F) est voisin de F=1, indiquant que le processus de multiplication par
avalanche est quasiment déterministe. C’est un avantage indéniable su le silicium pour lequel F=1.4
ou d’autres semiconducteurs avec F=2 ou même plus. Il est donc intéressant de transposer le
dispositif à des e-APD, ce qui, pour le moment, n’a été fait nulle part dans le monde, et constituerait
vraisemblablement une nouvelle rupture technologique dans la détection.
2.3. PUBLICATIONS
[1] Brevet FR2968836
Photodétecteur ayant une sensibilité spectral
J.L. Gach – Université de Provence
[2] Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 387 (1997) 202-204
Wavelenght dependence of avalanche photodiode (APD) parameters
Th. Kirn, D. Schmitz, J. Schwenke, Th. Flugel, D. Renker, H.P. Wirtz
2.4. PROGRAMME DE TRAVAIL ET OBJECTIFS
Il s’agit dans un premier temps d’imaginer une structure de e-APD maximisant la zone d’avalanche et
de minimiser la zone de conversion de charge. De tester le gain du dispositif en fonction de la
longueur d’onde et de mettre en évidence un effet similaire à celui décrit par Kirn et al. D’en qualifier
les paramètres et la précision de discrimination en longueur d’onde qu’il serait possible d’obtenir en
fonction de la variation de gain, des divers bruits d’amplification et de comparateur. Neanmoins
l’exercice est beaucoup moins aisé que dans le visible car le e-APDs n’ont pas pour le moment des
gains aussi élevés que leurs homologues dans le visible. Ainsi le design de la chaine de détection, la
minimisation des bruits e la maximisation de sa bande passante revêt un caractère primordial pour
atteindre des performances de détection.
La sélectivité en longueur d’onde des APDs va être caractérisée au CEA/LETI en mode de détection
continue et en mode de comptage de photons. Dans le premier mode, le courant photonique est
mesuré avec des moyen des mesures extérieure du cryostat, tel que des source-mètres ou des
amplificateurs transimpédance, qui permet de caractériser de caractériser le gain, le facteur d’excès
de bruit et en fonction de la polarisation et la longueur d’onde incidente. Le mode de comptage de
photon va être utilisé pour caractériser la fonction de distribution de probabilité du nombre de
multiplication en fonction de la longueur d’onde. Cet étude permet d’établir une base pour une
approche probabiliste de détermination de la longueur d’onde des rayons détectes aux limites des très
faibles flux. Ces mesures vont être réalisées à l’aide d’un circuit de lecture mono-pixel hybridé avec
les APDs. Ce circuit a été désigné dans le cadre du projet RAPID et de la thèse du Gautier Vojetta
.
Les premières caractérisations de ce composant ont permis de mettre en évidence pour la première
fois le comptage de photon avec un gain APD inférieure à 100 et l’estimation de la fonction de
distribution de probabilité du gain dans les APDs CdHgTe
. Le fonctionnement du détecteur était
cependant limité par le faible signal du sortie du circuit de lecture combiné avec une sensibilité aux
interférences électromagnétique à haute fréquence qui réduit fortement le signal sur bruit. Une
électronique de proximité va être développée par le LAM dans le cadre de cette thèse pour optimiser
le SNR du détecteur, et par conséquence, la signifiance des conclusions sur la mode de
multiplications dans les APDs CdHgTe en fonction de la longueur d’onde incidente.
Sous la direction de Philippe Feutrier et Johan Rothman, soutenance prévu fin 2012
Vojetta et al. SPIE proc. 8375, 83750Y-1 (2012)