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Conception d'un nouveau circuit de lecture pour détecteur hybride à forte densité

Electronique et microélectronique - Optoélectronique Instrumentation Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Notre façon d’observer le ciel à drastiquement changée avec l’émergence de l’astronomie multi-messagés. Dans le but de détecter efficacement les contreparties électromagnétiques des ondes gravitationnelles provenant des objets les plus compacte, nous avons besoin de nouveaux instruments poussant les limitations de sensibilité et de résolution angulaires dans le domaine des rayon X durs pour une détection rapide avec peu de confusion de source.

Pour poursuivre les progrès de l’optique en rayon-X, de nouveau détecteur de forte surface et de faible pas doivent être inventés. Dans un objectif similaire, l’exploration du système solaire, que ce soit pour la météo spatiale ou pour l’exploration lunaire et martienne, bénéficieraient de tels détecteurs miniature X et gamma.

Un tel défi dois tout d’abord être relevé au niveau de l’électronique frontale et de son interconnexion avec son détecteur.

Cette thèse consiste dans le développement d’un nouveau circuit microélectronique (ASIC) s’interconnectant à un détecteur semiconducteur (CdTe ou Si). Ce circuit serait une matrice de 32 x 32 pixels au pas de 250 µm dont chacun des pixel embarquerait une système de lecture de charge complet.

Notre équipe de recherche développe depuis 2011 un nouveau concept de détecteurs hybrides appelés MC2 (Mini CdTe on Chip) s’appuyant sur des technologies 3D de type WDoD (wireless die on die) et devant supporter l’environnement thermomécanique et radiatif d’une mission spatiale. L’ambition est de réaliser des grands plans focaux aux performances inégalées en spectro-imagerie résolue en temps et en polarimétrie, au service des prochaines découvertes de l’astrophysique X et gamma et de la physique des éruptions solaires.

La technologie visée est le nœud 180 nm de XFAB, particulièrement attractif pour des missions spatiales grâce à sa pérennité commerciale et son cout abordable. Cette technologie constitue une alternative viable à l’AMS 350 nm largement utilisée pour les missions spatiales telle que SVOM (ECLAIRS) et Solar Orbiter (STIX). De plus, cette technologie a été rapatriée récemment en France, une perspective intéressante pour l’optimisation de la conception dans les années à venir.

Grâce à deux thèses, notre groupe a conçu deux générations de circuits dans cette technologie, qui ont montrés de très bon résultats, prometteurs pour l’intégration d’une chaîne spectroscopic auto-déclenchée, avec un très faible niveau de bruit dans des pixels de 250 x 250 µm². D’un point de vu système, ces circuits ont aussi montrées la nécessité de développer de nouveau blocs et de revoir en profondeurs les circuits développer pour atteindre des performances bas bruit ultimes.

Ainsi, l’objectif principal de cette thèse est d’apporter de nouvelles solution pour une matrice de pixel de 250 µm de pas, aboutable sur 2 côtés, avec une optimisation modulaire de sa lecture.

Laboratoire

Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique
Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique
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