École Doctorale Mathématiques, Sciences de l'Information et de l'Ingénieur THÈSE

N° d’ordre : 40
École Doctorale Mathématiques, Sciences de l'Information
et de l'Ingénieur
UDS – INSA – ENGEES
THÈSE
présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université de Strasbourg
Discipline : Sciences de l’Ingénieur
(Spécialité : Electronique, Microélectronique)
par
Sébastien Heini
Conception et Intégration d’un capteur à Pixels Actifs
Monolithiques et de son Circuit de Lecture en Technologie
CMOS Submicronique pour les Détecteurs de Position du Futur
Soutenue publiquement le 23 mars 2009
Membres du jury
Directeur de thèse : M. Yann Hu, Professeur à l’Université de Strasbourg I
Co-Directeur de thèse : M. Marc Winter, Directeur de Recherches au CNRS, IPHC, Strasbourg
Rapporteur interne : M. Luc Hébrard, Professeur à l’Université de Strasbourg I
Rapporteur externe : M. Patrick Garda, Professeur à l’Université Pierre et Marie Curie de Paris
Rapporteur externe : M. Michel Paindavoine, Professeur à l’Université de Bourgogne
Examinateur : M. Jacques Lecoq, Ingénieur principal de physique nucléaire, LPC,
Clermont-Ferrand
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IPHC UMR 7178

N° d’ordre : 4 0
Date d’impression : 04 Mai 2009

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Remerciements
Je souhaite remercier Yann Hu et Marc Winter, mes directeurs de thèse. Ils m’ont permis
de mener à bien cette thèse au sein de l’Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien de
Strasbourg. Yann Hu m’a soutenu et donné toute liberté dans l’orientation de mes travaux.
Ses précieux conseils en microélectronique et sa grande disponibilité ont contribué à mon
épanouissement dans des activités de recherches passionnantes. Marc Winter m’a accordé
un soutient inestimable et les moyens nécessaires pour assurer la mise en œuvre des
travaux de recherche. Ses connaissances et ses recommandations ont été une source
d’inspiration qui m’ont suivi tout au long de la thèse.
Je remercie également Peter Senger et tous les membres du GSI "Gesellschaft für
Schwerionenforschung mbH" de Darmstadt, Allemagne. Par leur confiance et leur soutient,
j’ai eu l’honneur de participer à des recherches d’ordre mondial sur la conception du
détecteur de particules de l’expérience de physique CBM "Compressed Baryonic Matter".
Je tiens à remercier Wojciech Dulinski, Abdelkader Himmi, Michal Szelezniak, Isabelle
Valin et plus particulièrement Christine Hu. Ils ont partagé avec moi leurs connaissances en
conception de systèmes intégrés et d’instrumentations. Ils m’ont également apportés leur
aide lors des manipulations et des recherches réalisées durant cette thèse.
Je souhaite remercier Luc Hébrard, Patrick Garda, Michel Paindavoine et Jacques Lecoq
d’avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse.
Je remercie également tous mes collègues de l’IPHC, et plus particulièrement Daniel
Huss, directeur de ce laboratoire, Jean-Daniel Berst, Claude Colledani, Grzegorz Deptuch,
Gilles Claus, Daniel Husson, Christian Illinger, Kimmo Jaaskelainen, Mathieu Goffe, Nicolas
Ollivier-Henry, Nicolas Pillet, Fouad Rami, Jean-louis Riester et Marie-Hélène Sigwart,
chacun ayant participé à la réussite de ces travaux de thèse. Je présente mes
remerciements à Antony Bozier, Vincent Frick, Jean-Baptiste Kammerer, Frédéric Morel et
Jean-Pierre Le Normand pour leurs conseils en microélectronique.
Je tiens à exprimer une profonde gratitude envers mes parents. Ils m’ont écouté et
conseillé durant les projets et les expériences auxquels j’ai été confronté. Je leur suis
également reconnaissant pour leur présence permanente et leurs encouragements qui m’ont
accompagné durant toute ma vie.

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Page sans texte

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Table des matières
Introduction générale..………………………...…………………1
1 Capteurs CMOS pour l’expérience CBM..........................7
1.1 Introduction .................................................................................................. 7
1.2 Physique de la matière................................................................................. 8
1.3 Contexte d’implémentation des capteurs CMOS........................................ 11
1.3.1 Le projet FAIR................................................................................................................ 11
1.3.2 Physique étudiée avec l’expérience CBM ..................................................................... 12
1.3.3 Identification des phénomènes physiques..................................................................... 15
1.3.4 Le détecteur CBM.......................................................................................................... 16
1.3.5 Le trajectomètre MVD/STS............................................................................................ 18
1.3.6 Caractéristiques du détecteur MVD............................................................................... 20
1.4 Capteur CMOS pour le détecteur MVD...................................................... 22
1.4.1 Implémentation des capteurs CMOS dans le MVD....................................................... 22
1.4.2 Généralités sur les capteurs CMOS .............................................................................. 23
1.4.3 Architecture générale des capteurs CMOS ................................................................... 24
1.4.4 Chaîne de lecture des capteurs CMOS......................................................................... 26
1.4.5 Problématique de conception des capteurs CMOS....................................................... 28
1.5 Conclusion ................................................................................................. 31