Дисертації з теми "Détecteur à semi-conducteur"

La tomoscintigraphie myocardique est considérée comme un examen de référence pour le diagnostic et l'évaluation de la maladie coronarienne. Mise au point dans les années 1980 avec le développement des gamma-caméras d'Anger rotatives, cette technique est en pleine mutation depuis l'arrivée de nouvelles caméras à semi-conducteurs dont les performances sont nettement supérieures. Deux caméras à semi-conducteurs, dédiées à la cardiologie nucléaire et utilisant des détecteurs de Cadmium Zinc Telluride sont actuellement commercialisées : la Discovery NM-530c (General Electric) et la DSPECT (Spectrum Dynamics). Les performances de ces caméras CZT ont été évaluées : 1) à la fois sur fantôme et sur des examens d'effort provenant de patients à faible probabilité de maladie coronaire, et 2) avec les paramètres d'acquisition et de reconstruction utilisés en clinique. Les résultats ont démontré la nette supériorité des caméras CZT en termes de sensibilité de détection, de résolution spatiale et de rapport contraste sur bruit par rapport à la génération de caméras d'Anger. Ces propriétés vont permettre de diminuer très fortement les temps d'acquisition et les activités injectées, tout en améliorant la qualité des images. Néanmoins, on connaît encore mal les limites et possibles artéfacts liés à la géométrie particulière d'acquisition. Pour cela, nous avons développé un simulateur numérique à partir de la modélisation avec la plateforme GATE de la géométrie des détecteurs de la caméra DSPECT et de leur réponse en énergie. Des données effectivement enregistrées ont été comparées aux données simulées selon trois paramètres de performance : sensibilité de détection en mode tomographique, résolution spatiale et résolution en énergie. Les résultats sont concordants, ce qui permet de valider ce simulateur DSPECT et d'envisager de nombreuses études d'optimisation, en particulier pour les protocoles d'acquisition complexes (acquisitions double traceur, études cinétiques).

La tomoscintigraphie myocardique est considérée comme un examen de référence pour le diagnostic et l'évaluation de la maladie coronarienne. Mise au point dans les années 1980, cette technique est en pleine mutation depuis l'arrivée de nouvelles caméras à semi-conducteurs. Deux caméras à semi-conducteurs, dédiées à la cardiologie nucléaire et utilisant des détecteurs de Cadmium Zinc Telluride sont actuellement commercialisées : la Discovery NM-530c (General Electric) et la DSPECT (Spectrum Dynamics). Les performances de ces caméras CZT ont été évaluées : 1) à la fois sur fantôme et sur des examens d'effort provenant de patients à faible probabilité de maladie coronaire, et 2) avec les paramètres d'acquisition et de reconstruction utilisés en clinique. Les résultats ont démontré la nette supériorité des caméras CZT en termes de sensibilité de détection, de résolution spatiale et de rapport contraste sur bruit par rapport à la génération de caméras d'Anger. Ces propriétés vont permettre de diminuer très fortement les temps d'acquisition et les activités injectées, tout en améliorant la qualité des images. Néanmoins, on connaît encore mal les limites et possibles artéfacts liés à la géométrie particulière d'acquisition. C'est pourquoi nous avons développé, avec la plateforme de simulations Monte Carlo GATE, un simulateur numérique spécifique de la caméra DSPECT. Nous avons pu ensuite le valider en comparant des données effectivement enregistrées aux données simulées. Ce simulateur pourrait aider à optimiser les protocoles de reconstruction et d'acquisition, en particulier les protocoles les plus complexes (acquisitions double traceur, études cinétiques)
Myocardial single-photon emission computed tomography (SPECT) is considered as the gold standard for the diagnosis of coronary artery disease. Developed in the 1980s with rotating Anger gamma-cameras, this technique could be dramatically enhanced by new imaging systems working with semi-conductor detectors. Two semiconductor cameras, dedicated to nuclear cardiology and equipped with Cadmium Zinc Telluride detectors, have been recently commercialized: the Discovery NM- 530c (General Electric) and the DSPECT (Spectrum Dynamics). The performances of these CZT cameras were compared: 1) by a comprehensive analysis of phantom and human SPECT images considered as normal and 2) with the parameters commonly recommended for SPECT recording and reconstruction. The results show the superiority of the CZT cameras in terms of detection sensitivity, spatial resolution and contrast-to-noise ratio, compared to conventional Anger cameras. These properties might lead to dramatically reduce acquisition times and/or the injected activities. However, the limits of these new CZT cameras, as well as the mechanism of certain artefacts, remain poorly known. That?s why we developed, with the GATE Monte Carlo simulation plateform, a specific simulator of the DSPECT camera. We validated this simulator by comparing actually recorded data with simulated data. This simulator may yet be used to optimize the recorded and reconstruction processes, especially for complex protocols such as simultaneous dual-radionuclide acquisition and kinetics first-pass studies

La tomoscintigraphie myocardique est considérée comme un examen de référence pour le diagnostic et l'évaluation de la maladie coronarienne. Mise au point dans les années 1980, cette technique est en pleine mutation depuis l'arrivée de nouvelles caméras à semi-conducteurs. Deux caméras à semi-conducteurs, dédiées à la cardiologie nucléaire et utilisant des détecteurs de Cadmium Zinc Telluride sont actuellement commercialisées : la Discovery NM-530c (General Electric) et la DSPECT (Spectrum Dynamics). Les performances de ces caméras CZT ont été évaluées : 1) à la fois sur fantôme et sur des examens d'effort provenant de patients à faible probabilité de maladie coronaire, et 2) avec les paramètres d'acquisition et de reconstruction utilisés en clinique. Les résultats ont démontré la nette supériorité des caméras CZT en termes de sensibilité de détection, de résolution spatiale et de rapport contraste sur bruit par rapport à la génération de caméras d'Anger. Ces propriétés vont permettre de diminuer très fortement les temps d'acquisition et les activités injectées, tout en améliorant la qualité des images. Néanmoins, on connaît encore mal les limites et possibles artéfacts liés à la géométrie particulière d'acquisition. C'est pourquoi nous avons développé, avec la plateforme de simulations Monte Carlo GATE, un simulateur numérique spécifique de la caméra DSPECT. Nous avons pu ensuite le valider en comparant des données effectivement enregistrées aux données simulées. Ce simulateur pourrait aider à optimiser les protocoles de reconstruction et d'acquisition, en particulier les protocoles les plus complexes (acquisitions double traceur, études cinétiques)
Myocardial single-photon emission computed tomography (SPECT) is considered as the gold standard for the diagnosis of coronary artery disease. Developed in the 1980s with rotating Anger gamma-cameras, this technique could be dramatically enhanced by new imaging systems working with semi-conductor detectors. Two semiconductor cameras, dedicated to nuclear cardiology and equipped with Cadmium Zinc Telluride detectors, have been recently commercialized: the Discovery NM- 530c (General Electric) and the DSPECT (Spectrum Dynamics). The performances of these CZT cameras were compared: 1) by a comprehensive analysis of phantom and human SPECT images considered as normal and 2) with the parameters commonly recommended for SPECT recording and reconstruction. The results show the superiority of the CZT cameras in terms of detection sensitivity, spatial resolution and contrast-to-noise ratio, compared to conventional Anger cameras. These properties might lead to dramatically reduce acquisition times and/or the injected activities. However, the limits of these new CZT cameras, as well as the mechanism of certain artefacts, remain poorly known. That?s why we developed, with the GATE Monte Carlo simulation plateform, a specific simulator of the DSPECT camera. We validated this simulator by comparing actually recorded data with simulated data. This simulator may yet be used to optimize the recorded and reconstruction processes, especially for complex protocols such as simultaneous dual-radionuclide acquisition and kinetics first-pass studies

L'objectif de ce travail est d'étudier les phénomènes de transport dépendant du spin qui interviennent lorsque des électrons énergétiques et polarisés de spin sont injectés depuis le vide dans des jonctions Schottky Pd / Fe / GaAs. L'expérience que nous avons réalisée consiste à mesurer l'intensité du courant transmis au travers de la couche magnétique et de la barrière Schottky en fonction de l'énergie d'injection. Pour des énergies d'injection comprises entre quelques eV et 1 keV au-dessus du niveau de Fermi, nous avons mis en évidence des effets tout à fait inattendus. D'une part, la transmission, qui est de 10^(-5) environ à basse énergie d'injection, augmente sur plus de 5 ordres de grandeur pour des électrons d'énergie 1 keV. On se trouve alors dans une configuration où le courant collecté dans le semi-conducteur est supérieur au courant injecté depuis le vide. D'autre part, la dépendance en spin de la transmission augmente sur 4 ordres de grandeur dans le domaine d'énergie sondé.

La modélisation de la fonction décision d'un robot ou d’un système robotique évolué a donné lieu à des travaux qui se sont le plus souvent attachés à la problématique de la génération de plans d'actions et ont considéré le contrôle d'exécution de ces plans de façon secondaire. Cette approche a quelque peu situé cette fonction décision dans un cadre «hors ligne» ou tout au moins en recul par rapport à la phase «action» du robot. Si cette approche a ses succès pour différents problèmes, elle a révélé ses faiblesses partout où planification et exécution sont étroitement liées, en particulier en robotique, où de nombreuses connaissances décisionnelles peuvent être exploitées dynamiquement. D est apparu alors qu'il fallait au préalable définir un cadre d'expression et d'exploitation pour de telles connaissances. L'objectif de ce travail est de souligner les motivations et de décrire le système APSIS qui constitue un tel cadre. Ce système est basé sur la méthodologie des systèmes de productions et constitue un moteur d'inférences dont on précisera les fonctionnalités et dont on illustrera l'utilisation à. L'aide d'exemples. Enfin, un manuel d'utilisation d'APSIS figure en annexe à cette thèse
Much literature has been concerned with the planning component of robotic systems; this work has generally stressed generation of plans of action and considered the execution of these plans only as a secondary problem. This approach has practically restricted the planning problem to offline considerations or backstage intervention during the "action phase". Successfully applied in various fields, this approach has shown to have shortcomings for problems where planning and acting need to be interwoven to ensure correct behavior. This is the case in the application of decisional knowledge in the control of robotic systems. It therefore seems necessary to provide a suitable framework in which to express and use such knowledge. The subject of this thesis is the APSIS system, which is such a framework. APSIS is a production system and inference engine. Its characteristics are described and the uses explained through concrete examples. A user's manual may be found at the end of the thesis

Le nitrure de gallium (GaN) et ses alliages ternaires et quaternaires suscitent de plus en plus d’intérêt dans les communautés scientifiques et industrielles pour leur potentiel d’utilisation dans des dispositifs électroniques haute fréquence, dans les transistors à forte mobilité électroniques, dans la photo-détection UV et les cellules solaires de nouvelles générations. L’aboutissement de ces nouveaux composants reste entravé à l’heure actuelle, entre autre, par la non maîtrise des techniques d’établissement de contacts électriques. C’est dans ce cadre général que s’inscrivent les travaux de cette thèse. Même si l’objectif principal de cette thèse concerne l’étude des défauts électriquement actifs dans les alliages de semiconducteurs à grand gap B(AlGa)N et de leur rôle dans les propriétés de transport, la réalisation des contacts ohmiques et des contacts Schottky constitue une étape essentielle dans la réalisation des dispositifs à étudier. Pour les contacts ohmiques, nous avons déposé des couches de type Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) par évaporation thermique. Des résistances spécifiques des contacts de l’ordre de 3x10-4Wcm2 ont été déterminées par les méthodes des TLM linéaires et confirmées par les TLM circulaires. Une modélisation théorique a été entreprise dans ce sens pour analyser les mesures expérimentales. Ensuite on a réalisé des diodes Schottky en déposant des contacts métalliques de Platine (Pt) d’épaisseur 150 nm. Des facteurs d’idéalité de 1.3 et une hauteur de barrière de 0.76 eV ont été obtenus et d’une manière reproductible. Une fois ces dispositifs réalisés, une étude des mécanismes de transport a été entreprise et nous a permis de mettre en évidence l’existence des effets tunnel direct et assisté par le champ, en plus de l’effet thermoïonique classique. Ceci a été mis en évidence par des mesures de courant et de capacité en fonction de la température. Pour les photodétecteurs, nous avons réalisés les mêmes mesures de courant et de capacité à l’obscurité et sous illumination à des longueurs d’ondes adaptées. Ces mesures nous ont permis de comprendre les phénomènes de gain qu’on a observés sur ces échantillons et aussi de mettre en évidence des mécanismes thermiquement actifs, dont les énergies d’activation ont été déterminées par la technique de l’Arrhenius. L’étude des défauts électriquement actifs a été menée par la technique transitoire de capacité de niveaux profonds, la (DLTS). Cette technique a été récemment mise en oeuvre au laboratoire et nous a permis d’effectuer des mesures sous différentes conditions incluant diverses polarisations de repos, différentes fréquences, et différentes hauteurs et largeurs d’impulsion de polarisation. Un des résultats importants est la possibilité de caractérisation à la fois des pièges à majoritaires et des pièges à minoritaire en changeant simplement les conditions de polarisation et contrairement aux procédures habituelles où une excitation optique supplémentaire est souvent nécessaire pour augmenter la concentration des porteurs minoritaires. Il a ainsi été mis en évidence, en accord avec la plupart des résultats de la littérature, l’existence de 6 pièges à électrons, tous situés en dessous de 0.9 eV de la bande de conduction, de trois pièges à trous dans l’intervalle 0.6 - 0 .7 eV au dessus de la bande de valence et un piège à trous distribué à l’interface. Une procédure rigoureuse de fit a été mise au point et a permis de confirmer nos résultats obtenus par la procédure classique de l’Arrhenius
Gallium nitride (GaN) and its ternary and quaternary alloys are attracting more and more interest in the scientific and industrial communities for their potential for use in high frequency electronic devices, for transistors with high electronic mobility, for UV photo-detection and new-generation solar cells. The outcome of these new components is still be seen to be limited in many areas, mainly due to the lack of control of electrical contacts implementation techniques. It is in this context that this thesis takes place.Although the main objective of this thesis deals with the study of the electrically active defects in high band gap B(AlGa)N semiconductor alloys and their role in the transport properties, the production of ohmic and Schottky contacts is an essential step in the realization of the devices under study. For the Ohmic contacts, we have deposited Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) layers by thermal evaporation. Using the Transfer Length Method (TLM), we obtained specific contact resistances in the order of 3x10-4Wcm2. The Circular TLM has also confirmed this result. Besides, a theoretical modelling has been carried out to analyse the experimental measurements. Schottky diodes were then produced by depositing 150 nm platinum (Pt) metal contacts. An ideality factor of 1.3 and a barrier height of 0.76 eV were obtained. On the other hand, a study of transport mechanisms has been performed. It allowed us to demonstrate the existence of the direct tunnelling and the Thermionic Field Emission, in addition to the conventional thermionic effect. This result was underpinned by current and capacity measurements as a function of temperature. For photo detectors, we performed the same measurements of current and capacity in darkness and under illumination at suitable wavelengths. These measurements allowed understanding the internal gain that was observed on the samples. Furthermore, they show the effect of the thermally active mechanisms whose activation energies were determined by the Arrhenius technique. Using the Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS) technique followed up the study of the electrically active defects. This technique has recently been implemented in the laboratory. It allowed us to perform measurements under different conditions including various reverse bias, different frequencies, and different voltage pulse amplitudes and durations. One of the important results is the possibility of characterizing both majority and minority traps by simply changing the polarization conditions, as opposed to the usual procedures where an additional optical excitation is often necessary to increase the concentration of the minority carriers. In accordance with most of the encountered literature results, we found 6 electron traps all located below 0.9 eV of the conduction band, 3 hole traps in the 0.6-0.7 eV range above the valence band and one hole trap distributed at the interface. A rigorous procedure was developed and confirmed our results obtained by the standard Arrhenius technique

L'expérience DAMIC-M est consacrée à la recherche de matière noire légère et d'autres candidats du secteur caché, par leur interaction directe avec les atomes de silicium dans la masse des dispositifs à transfert de charges (CCD). Une masse cible de la taille d'un kilogramme sera installée au laboratoire souterrain de Modane qui offre un environnement à faible bruit de fond, excellent pour une recherche d'événements rares. L'une des principales caractéristiques des détecteurs DAMIC-M est la lecture du skipper, qui permet de multiples mesures, non destructives, de la charge d'un pixel, atteignant un bruit de lecture d'une fraction d'électron. Cette capacité exceptionnelle de lecture peut être limitée par le fond radioactif et le bruit introduit par l'électronique externe. Pour soutenir cette entreprise, un nouveau système d'acquisition personnalisé est développé par la collaboration. Cette thèse décrit les avancées dans les trois principaux modules de ce système auxquels j'ai contribué. Une carte de contrôle fournit les signaux nécessaires au CCD qui permettent l'exposition de l'appareil, le transfert de la charge du pixel à un amplificateur de lecture et sa conversion en signal analogique. Un amplificateur frontal améliore le rapport signal sur bruit et traite en amont le signal de sortie du CCD, et un convertisseur analogique-numérique effectue la transition vers les valeurs numériques. La nouvelle électronique n'est pas encore prête mais il y a eu un progrès significatif vers un système d'acquisition complet. Des tests avec plusieurs pièces individuelles ont été effectué sur des CCD avec succès ainsi qu'avec une version préliminaire d'un système DAMIC-M pur
There is plenty of astrophysical and cosmological evidence for the existence of dark matter. The DAMIC-M experiment is devoted to the search for light dark matter and other hidden sector candidates, through their direct interaction with the electrons or the nucleus of silicon atoms in the bulk of scientific-grade Charge-Coupled Devices (CCDs). A kilogram-sized target mass will be installed at the Modane underground laboratory which offers an excellent low background environment for such a rare-event search. One of the key features of the DAMIC-M detectors is the skipper readout, which allows for multiple non-destructive pixel charge measurements, reaching a readout noise of a fraction of an electron. This exquisite ability in terms of readout resolution can be limited by the radioactive background and the noise introduced by the external electronics. To support this undertaking a new custom acquisition system is developed by the collaboration. This thesis describes the advancements in the three main modules I contributed to, that compose the new system. A control board provides the necessary signals to the CCD that allow the exposure of the device, the transfer of the pixel charge to a readout amplifier, and its conversion to an analog signal. A front-end amplifier improves the signal-to-noise ratio and preprocesses the CCD output signal, and an analog-to-digital converter performs the transition to the digital domain. The new electronics are not yet ready but there has been much progress towards a complete acquisition system. Tests with several individual pieces have been successfully tested with CCDs as well as a preliminary version of a pure DAMIC-M system

Dans ce mémoire, nous présentons le développement de détecteurs thermiques non refroidis de type pyroélectrique à base de films minces amorphes d'YBaCuO semi-conducteur pour des applications en imagerie infrarouge et térahertz. En première partie, nous étudions la composition et les propriétés optiques des films d'YBaCuO semi-conducteur. Nous avons montré par XPS l'existence d'un mélange entre plusieurs phases et nous avons déterminé la composition de la couche de contamination en surface d'YBaCuO, ainsi que le travail de sortie d'YBaCuO par UPS. Nous avons extrait l'indice de réfraction et le coefficient d'absorption sur une gamme de longueur d'ondes allant de l'ultraviolet à l'infrarouge proche ; nous avons aussi déterminé les valeurs des gaps optiques que nous avons corrélés à la structure granulaire des films d'YBaCuO. En seconde partie, nous étudions le comportement en transport électrique et la réponse optique de détecteurs pyroélectriques fabriqués à partir de ces films d'YBaCuO semi-conducteur. Le contact électrique entre YBaCuO et les plots métalliques peut être ohmique ou redresseur. Des mesures de résistivité en fonction de la température ont montré que la conduction électrique s'opère préférentiellement par sauts à distance variable des porteurs autour du niveau de Fermi. Les réponses à température ambiante des détecteurs dans l'infrarouge proche ont révélé - en fonction de la fréquence de modulation - un comportement de type passe-bande attribué à l'effet pyroélectrique, qui a pu être interprété par un modèle analytique. Les performances en termes de détectivité (1E9 cm.Hz^0,5/W) et de constante de temps (quelques microsecondes) se situent à l'état de l'art
In this manuscript, we are presenting the development of uncooled thermal sensors of the pyroelectric type, based on thin films of amorphous YBaCuO semiconductor, for applications in terahertz and infrared imaging. In a first part, we discuss the composition and optical properties of the YBaCuO semiconducting films. By X-ray photoelectron spectroscopy, we show the existence of a mixture of several phases and deduce the composition of the YBaCuO surface contamination layer; by ultraviolet photoelectron spectroscopy, we determine the YBaCuO work function. By optical spectroscopy, we then extract the refractive index and the absorption coefficient over a range of wavelengths spanning from ultraviolet to the near infrared. We also determine the values of optical gaps that we have correlated with the granular structure of the YBaCuO films at the micro and nanoscales. In a second part, we study the electrical transport behavior and optical response of pyroelectric detectors made from these amorphous YBaCuO thin films. The electrical contact between YBaCuO and the metal connections can be ohmic as well as rectifying. Resistivity measurements as a function of temperature show that the electric conduction is preferentially dominated by variable distance hopping of the carriers around the Fermi level. The response of the sensors in the near infrared - as a function of the modulation frequency of the source - reveal at room temperature a band-pass type behavior attributed to the pyroelectric effect, which could be interpreted by an analytical model. The device performance in terms of detectivity (1E9 cm.Hz^0.5/W) and time constant (a few microseconds) are at the state of the art

Les détecteurs à base de semi-conducteurs CdZnTe / CdTe sont de bons candidats pour remplacer les détecteurs à base de scintillateur NaI(Tl) en imagerie médicale, et notamment en imagerie nucléaire. Outre leur compacité, ils présentent de très bonnes performances en terme de résolution en énergie, d’efficacité de détection et de résolution spatiale intrinsèque. Ils permettent également de disposer d’une nouvelle information, celle de profondeur d’interaction des photons dans le détecteur. C’est dans ce contexte que le LETI travaille sur le développement et la réalisation d’une nouvelle architecture de gamma caméra, à base de semi-conducteurs CdZnTe / CdTe en profitant au mieux de leurs performances. Au cours de ce travail de thèse, nous avons proposé une nouvelle architecture, baptisée HiSens (pour High Sensitivity), permettant d’améliorer l’efficacité des gamma caméras (environ d’un facteur 5), tout en maintenant leur résolution spatiale. Cette architecture associe aux semi-conducteurs CdZnTe / CdTe, disposant de la profondeur d’interaction, une collimation à larges trous parallèles carrés et utilise des méthodes de reconstruction spécifiques. Nous avons évalué les performances de ’architecture HiSens par simulation, en développant des outils de simulation et des méthodes de reconstruction d’images tenant compte de la profondeur d’interaction des photons dans le détecteur. Nous avons poursuivi ces travaux par une première validation expérimentale au sein du laboratoire
CdZnTe / CdTe semiconductor gamma ray detectors are good candidates to replace NaI(Tl) scintillation detectors for medical applications, notably for nuclear imaging. In addition to compactness, they present very good performances, in terms of energy resolution, detection efficiency and intrinsic spatial resolution. These detectors provide also an important additional information: the depth of interaction of the gamma ray into the detector. This context led LETI into developing and realizing new gamma camera architecture, based on CdZnTe / CdTe semiconductor, in order to benefit from these recent performances. During this work, we have proposed a new architecture, named HiSens (High Sensitivity), allowing to improve sensitivity (about factor 5) while preserving spatial resolution. This architecture associates CdZnTe detectors, providing depth of interaction information, with a new parallel square hole collimator geometry and uses an adapted image reconstruction method. We have evaluated HiSens architecture performances with simulation, after development of simulations software and an adapted method of iterative reconstruction, using photon depth of interaction information. A preliminary experimental validation is currently investigated at CEA-LETI in order to confirm simulations results

Une architecture de capteurs à pixels CMOS permettant la désertion du volume sensible par polarisation via la face avant du circuit est étudiée à travers la caractérisation en laboratoire d’un capteur prototype. Les performances de collection de charge confirment la désertion d‘une grande partie de l’épaisseur sensible. De plus, le bruit de lecture restant modeste, le capteur présente une excellente résolution en énergie pour les photons en dessous de 20 keV à des températures positives. Ces résultats soulignent l’intérêt de cette architecture pour la spectroscopie des rayons X mous et pour la trajectométrie des particules chargées en milieu très radiatif. La profondeur sur laquelle le capteur est déserté est prédite par un modèle analytique simplifié et par des calculs par éléments finis. Une méthode d’évaluation de cette profondeur par mesure indirecte est proposée. Les mesures corroborent les prédictions concernant un substrat fin, très résistif, qui est intégralement déserté et un substrat moins résistif et mesurant 40 micromètres, qui est partiellement déserté sur 18 micromètres mais détecte correctement sur la totalité de l’épaisseur. Deux développements de capteurs destinés à l’imagerie X et à la neuro-imagerie intracérébrale sur des rats éveillés et libres de leurs mouvements sont présentés
An architecture of CMOS pixel sensor allowing the depletion of the sensitive volume through frontside biasing is studied through the characterization in laboratory of a prototype. The charge collection performances confirm the depletion of a large part of the sensitive thickness. In addition, with a modest noise level, the sensor features an excellent energy resolution for photons below 20 keV at positive temperatures. These results demonstrate that such sensors are suited for soft X-ray spectroscopy and for charged particle tracking in highly radiative environment. A simplified analytical model and finite elements calculus are used to predict the depletion depth reached. An indirect measurement method to evaluate this depth is proposed. Measurements confirm predictions for a thin highly resistive epitaxial layer, which is fully depleted, and a 40micrometers thick bulk less resistive substrate, for which depletion reached 18 micrometers but which still offers correct detection over its full depth. Two sensor designs dedicated to X-ray imaging and in-brain neuroimaging on awake and freely moving rats are presented

L'étude de la région des noyaux lourds et superlourds représente un des défis de la physique nucléaire contemporaine, tant au niveau des dispositifs expérimentaux nécessaires que des analyses de données complexes. L'étude des noyaux transfermia (Z = 100 à 106) nous permet, au travers de la spectroscopie de décroissance α et γ/électron, d'apporter de nouvelles informations de structure nucléaire ainsi que sur ses propriétés dans cette région de masse. Dans le cadre de ma thèse, j'ai ainsi pu étudier le noyau 257Db. Cette étude a été menée sur le séparateur SHELS auprès du dispositif GABRIELA au JINR de Dubna (Russie). Elle nous a permis d'apporter de nouvelles informations spectroscopiques sur ce noyau au travers d'une étude de spectroscopie retardée en profitant de la réaction de fusion évaporation 50Ti(209Bi,2n)257Db ainsi que les très bonnes performances du dispositif GABRIELA. Ces études ont notamment permis d'établir un nouveau schéma de niveaux pour le noyau 257Db, mais aussi de confirmer le schéma de décroissance pour les noyaux 257Db et 253Lr. De plus, j'ai aussi pris part au développement et à la caractérisation de détecteurs silicium de dernière génération dans le cadre du projet S3/SIRIUS (SPIRAL2, GANIL). Ces études nous ont non seulement permis de caractériser ces détecteurs, et ainsi vérifier leurs performances vis-à-vis du cahier des charges, mais aussi de mettre en évidence des phénomènes internes à basse énergie dans ces derniers. Les caractérisations ainsi que l'analyse et l'interprétation de ces phénomènes sont présentés et discutés
The study of the heavy and superheavy nuclei mass region represents one of the biggest challenge for the modern nuclear physic regarding both experimental setups and complex analysis. Moreover, the study around the transfermia nuclei (Z = 100 to 106), through the spectroscopy experiments, allows us to bring new information on the nuclear matter and its properties. Therefore, my thesis experiment was focused on the study of the 257Db nuclei. The experiment was performed on the SHELS separator using the GABRIELA setup at the JINR of Dubna (Russia). This study allows us to highlight new information regarding this nucleus, through the delayed spectroscopy method and by using the 50TI(209Bi,2n)257Db fusion evaporation reaction as well as the very good performances of the GABRIELA setup (α, γ and electron detection). This study allows us also to establish a new level scheme as well as to confirm the decay one for the 257Db and 253Lr nuclei. The second part of my thesis work was centered on the development and the characterization of Silicon detectors for the S3/SIRIUS projet (SPRIAL2, GANIL). The characterization allows us to confirm the good performances of these detectors according to the specifications. Moreover, it also highlights internal phenomena at low energy within the detector. Thus, the characterization as well as the interpretation of these phenomena will be presented

Le carbure de silicium est un matériau semi-conducteur à grande bande d’énergie interdite possédant des propriétés exceptionnelles en termes de tenue en température, de résistance aux radiations, de stabilité chimique. En particulier il pourrait permettre la réalisation de détecteurs ultra-violet fonctionnant en environnement extrême (fortes températures et niveaux de radiations élevés) tels les environnements spatiaux. Le polytype 3C, avec un gap intermédiaire pourrait également être utilisé dans le domaine photovoltaïque. Le présent travail propose d’étudier le carbure de silicium à la fois sous l’aspect composant et sous l’aspect matériau. Une étude de la réponse spectrale de photodiodes UV (de type pn et Schottky) en fonction de la température et de l’irradiation est présentée. Un nouveau type de cellules solaires à hétérojonctions 3C-SiC/Si est étudié. Enfin, un système de mesure de la durée de vie des porteurs minoritaires dans le SiC-4H est réalisé et les résultats commentés
Silicon carbide is a large bandgap semiconductor presenting outstanding properties in terms of temperature, radiations and chemical hardness. In particular it could allow the fabrication of ultra-violet detectors, able to work in harsh environments such as for space aplications. The 3C polytype , with it’s intermediate bandgap, could also be used in the photovoltaic field. The present work aims to study both the material and the application aspects of silicon carbide. A study of the spectral response of both pn and Schottky photodiodes with respect to the temperature and irradiation is presented. A new type of 3C-SiC/Si heterojunction solar cell is studied. Finally, a minority carrier lifetime measurement system is realised ant the results presented

Le carbure de silicium est un matériau semi-conducteur à grande bande d’énergie interdite possédant des propriétés exceptionnelles en termes de tenue en température, de résistance aux radiations, de stabilité chimique. En particulier il pourrait permettre la réalisation de détecteurs ultra-violet fonctionnant en environnement extrême (fortes températures et niveaux de radiations élevés) tels les environnements spatiaux. Le polytype 3C, avec un gap intermédiaire pourrait également être utilisé dans le domaine photovoltaïque. Le présent travail propose d’étudier le carbure de silicium à la fois sous l’aspect composant et sous l’aspect matériau. Une étude de la réponse spectrale de photodiodes UV (de type pn et Schottky) en fonction de la température et de l’irradiation est présentée. Un nouveau type de cellules solaires à hétérojonctions 3C-SiC/Si est étudié. Enfin, un système de mesure de la durée de vie des porteurs minoritaires dans le SiC-4H est réalisé et les résultats commentés
Silicon carbide is a large bandgap semiconductor presenting outstanding properties in terms of temperature, radiations and chemical hardness. In particular it could allow the fabrication of ultra-violet detectors, able to work in harsh environments such as for space aplications. The 3C polytype , with it’s intermediate bandgap, could also be used in the photovoltaic field. The present work aims to study both the material and the application aspects of silicon carbide. A study of the spectral response of both pn and Schottky photodiodes with respect to the temperature and irradiation is presented. A new type of 3C-SiC/Si heterojunction solar cell is studied. Finally, a minority carrier lifetime measurement system is realised ant the results presented

La spectrométrie gamma à haute résolution offre un outil d'analyse performant pour effectuer des mesurages environnementaux. Dans le cadre de la caractérisation radiologique d'un site (naturelle ou artificielle) ainsi que pour le démantèlement d'installations nucléaires, la cartographie des radionucléides est un atout important. Le principe consiste à déplacer un spectromètre HPGe sur le site à étudier et, à partir des données nucléaires et de positionnements, d'identifier, de localiser et de quantifier les radionucléides présents dans le sol. Le développement de cet outil fait suite à une intercomparaison où un exercice orienté intervention a montré les limites des outils actuels. Une partie de ce travail s'est portée sur la représentation cartographique des données nucléaires. La connaissance des paramètres d'un spectre in situ a permis la création d'un simulateur modélisant la réponse d'un spectromètre se déplaçant au-dessus d'un sol contaminé. Ce simulateur a lui-même permis de développer les algorithmes de cartographie et de les tester dans des situations extrêmes et non réalisables. Ainsi, ce travail ouvre sur la réalisation d'un prototype viable donnant en temps réel les informations nécessaires sur l'identité et la position possible des radionucléides. La recherche réalisée sur la déconvolution des données permet de rendre en post traitement une carte de l'activité du sol par radionucléide mais également une indication sur la profondeur de la source. Le prototype nommé OSCAR (Outil Spectrométrique de Cartographie de Radionucléides) a ainsi été testé sur des sites contaminés (Suisse et Japon) et les résultats obtenus sont en accord avec des mesures de référence.

La spectrométrie gamma à haute résolution offre un outil d’analyse performant pour effectuer des mesurages environnementaux. Dans le cadre de la caractérisation radiologique d’un site (naturelle ou artificielle) ainsi que pour le démantèlement d’installations nucléaires, la cartographie des radionucléides est un atout important. Le principe consiste à déplacer un spectromètre HPGe sur le site à étudier et, à partir des données nucléaires et de positionnements, d’identifier, de localiser et de quantifier les radionucléides présents dans le sol. Le développement de cet outil fait suite à une intercomparaison où un exercice orienté intervention a montré les limites des outils actuels. Une partie de ce travail s’est portée sur la représentation cartographique des données nucléaires. La connaissance des paramètres d’un spectre in situ a permis la création d’un simulateur modélisant la réponse d’un spectromètre se déplaçant au-dessus d’un sol contaminé. Ce simulateur a lui-même permis de développer les algorithmes de cartographie et de les tester dans des situations extrêmes et non réalisables. Ainsi, ce travail ouvre sur la réalisation d’un prototype viable donnant en temps réel les informations nécessaires sur l’identité et la position possible des radionucléides. La recherche réalisée sur la déconvolution des données permet de rendre en post traitement une carte de l’activité du sol par radionucléide mais également une indication sur la profondeur de la source. Le prototype nommé OSCAR (Outil Spectrométrique de Cartographie de Radionucléides) a ainsi été testé sur des sites contaminés (Suisse et Japon) et les résultats obtenus sont en accord avec des mesures de référence
The high-resolution gamma spectrometry currently provides a powerful analytical tool for performing environmental measurements. In the context of radiological characterization of a site (natural or artificial radioactivity) and for the dismantling of nuclear installations, mapping of radionuclides is an important asset. The idea is to move a HPGe spectrometer to study the site and from nuclear and position data, to identify, to locate and to quantify the radionuclides present in the soil. The development of this tool follows an intercomparaison (ISIS 2007) where an intervention / crisis exercise showed the limits of current tools. The main part of this research project has focused on mapping of nuclear data. Knowledge of the parameters of an in situ spectrum helped to create a simulator modeling the response of a spectrometer moving over contaminated soil. The simulator itself helped to develop algorithms for mapping and to test them in extreme situations and not realizable. A large part of this research leads to the creation of a viable prototype providing real-time information concerning the identity and locality as possible radionuclides. The work performed on the deconvolution of data can make in post processing a map of the activity of radionuclide soil but also an indication of the depth distribution of the source. The prototype named OSCAR was tested on contaminated sites (Switzerland and Japan) and the results are in agreement with reference measurements