Recherche et Développement de Capteurs Actifs Monolithiques CMOS pour la Détection de Particules Elémentaires

Résumé du livre

Les capteurs Actifs Monolithiques CMOS rapides (MAPS) ont été étudiés au cours de ce travail dans le but d’étudier le futur détecteur de vertex du futur collisionneur linéaire ILC. Deux prototypes (MIMOSA 8 et MIMOSA 16), avec la même architecture micro-électronique, ont été développés avec deux technologies CMOS différentes et avec des épaisseurs de la couche epitaxial différentes. La taille de la matrice de pixels est 32x128: 8 colonnes de pixels en lecture directe analogique et les 24 autres colonnes sont connectées aux discriminateurs de colonne auto-zéro. La structure à Double Echantillonnage Corrélé (CDS : Correlated Double Sampling) est intégrée à l’intérieur du pixel et du discriminateur. Les pixels du type photo diode (avec tailles de diode différentes) sont utilisés. A l’aide d’une source radioactive de 55Fe, les paramètres importants du pixel, tel que Bruit Temporel, le Bruit Fixe (FPN : Fixed Pattern Noise), le rapport Signal sur Bruit (SNR : Signal-to-Noise Ratio), le facteur de conversion de charge (CVF : Charge-to-Voltage conversion Factor) et l’Efficacité de Collection de Charge (CCE), ont été étudiés en fonction de la vitesse de lecture et de la taille de la diode du pixel. L’effet de l’irradiation aux neutrons rapides a été aussi étudié. Deux campagnes de tests en faisceaux (électrons de 5 GeV et pions de 180 GeV) ont été réalisées sur MIMOSA 8. L’Efficacité de Détection et la Résolution Spatiale sont étudiées en variant le seuil du discriminateur. Pour ces deux paramètres, les influences de la taille de pixel et du niveau de SNR sur le pixel central du cluster sont aussi étudiées. Afin d’améliorer la résolution spatiale, un ADC très compact (25 μm x 1 mm) est développé sur la technologie AMS 0.35 μm OPTO. Basée sur une architecture dite à approximation successive, des structures CDS sont aussi intégrées dans l’ADC. Les résultats préliminaires ont été obtenus. Un nouveau discriminateur de colonne auto-zéro, utilisant un latch statique, a été développé sur la même technologie. Les résultats préliminaires des tests sont également présentés