Notions d`efficacité quantique

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1 – Définition
EphEg
Eph=hν=hc
λ
h=6, 62606896×10-34 J s
c=299 792 458 m s−1
λc=hc
Eg
=1,24
EgeV [μm ]
λλc
Eg=1,12 eV
λc=1,1 μm
• Seuls les photons avec une énergie peuvent générer des photo-
électrons.
• Puisque , on a la relation : avec (IR)
• et
• L’énergie nécessaire pour produire une paire électron-trou est ω=3,65 eV
pour le silicium à T=300K.
• Ex. : photon IR-visible, N ~ 1 e-/h (sensible à la luminosité)
photon X, E=1000 eV, N = E/ω ~ 274 e-/h (sensible à l’énergie des
photons)
• L’efficacité quantique traduit la capacité d’un détecteur à transformer
l’énergie des photons en charges (électrons & trous).
IV – Efficacité quantique

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Efficacité quantique des caméras
d’XMM-Newton MOS

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2 – Paramètres agissant sur l’efficacité quantique
a) Coefficient d’absorption linéique (μ)
• μ évolue rapidemment avec l’énergie des photons.
• Ex. :
- Pour des photons à 400 nm (bleu), μ = 50000 cm-1
& distance moyenne d’absorption ~ 0,2 μm
- Pour des photons à 650 nm (rouge), μ = 3000 cm-1
& distance moyenne d’absorption ~ 3,33 μm
- Pour des photons X (1 keV), μ = 3658,1 cm-1 &
distance moyenne d’absorption ~ 2 x 104 Å = 2 μm
Profondeur d’interaction

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b) Réflection de surface dans le domaine visible - UV
• Une fraction de la lumière visible est réfléchie à la surface de la CCD (aspect
miroir de la CCD – cf. TP “CCD fonctionnement”).
• Perte d’efficacité quantique.
Taux de réflectivité du silicium

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• Le temps de recombinaison correspond à l’intervalle de temps séparant la
génération des photo-électrons de leur recombinaison dans le volume du silicium :
- recombinaison directe : avec un trou de la bande de valence (émission d’un
photon) – rare
- recombinaison indirecte : plus fréquemment via les impuretés ou les défauts
profonds agissant comme des centres de recombinaison (chaleur)
• Plus τ est grand et plus la probabilité de collecter complètement les charges
créées augmente.
• τ dépend de la concentration d’impuretés (dopants) dans le silicium et la qualité
du silicium (présence de défauts dans la structure cristalline).
• La structure du photo-site est telle qu’à la surface et dans le substrat (plus
grande densité de défauts) les durées de vie des charges sont les plus courtes.
c) Temps de recombinaison (τ)