L’énergie déposée dans le volume sensible (Sensitive volume)

Pour les électrons incidents d’énergie de l’ordre de 5keV, on remarque dans les spectres de perte d’énergie III. 27 la disparition des pertes d’énergies dues aux pics plasmons et l’augmentation de l’intensité du pic de faible perte qui devient le principale mode de dépôt d’énergie dans le volume sensible, Nous notons aussi que l’intensité de ce dernier décroit proportionnellement avec l’augmentation de l’épaisseur de la couche morte. Néanmoins la grande partie de l’intensité du pic sans perte reste déposée dans la couche morte.

Pour la gamme d’énergie de 10 keV jusqu’à 40kev, représentée par les spectres III (28, 29, 30 et 31), on remarque que le seul mode de dépôt d’énergie dans le volume sensible et représenté par un pic de faible perte, intense. En effet contrairement aux énergies inferieurs à 10 keV où l’intensité du pic

Figure III. 2 6 

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

de faible perte est partagée entre un dépôt dans la couche morte et au volume sensible, pour les hautes énergies supérieures à 10 keV, le pic de faible perte est déposé uniquement dans la couche sensible.

1000 2000 3000 4000 5000

0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012

0,0014

Energie déposée dans le volume

sensible (1,5 ,7)

5 keV

Intenité

Energie eV Fig. III. 27

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

Discussion

Les figures III (27, 28, 29, 30 et 31) exprime le mode principale de dépôt d’énergie dans le volume sensible qui est représenté par un pic de faible perte.

Le pic de faible perte et le résultat de quelques interactions inélastiques effectuées par les électrons incidents. Ces derniers déposent localement toutes leurs énergies qui avoisine ~ E0 à une distance qui dépend de l’angle d’incidence et de l’énergie initiale de l’électron.

En effet après voir effectué quelques collisions inélastiques dans son parcours. L’électron incident perd de faible quantité d’énergie. Ces pertes d’énergie sont représentatives des collisions inélastiques que les électrons rapides subissent avec les électrons de valence. La contribution principale, qui apparaît généralement dans une gamme d’énergie comprise entre 15 et 30 eV, correspond à une excitation collective des électrons de valence (plasmon).

On remarque aussi d’après le tableau III.3 que l’énergie collectée dans le volume sensible augmente sensiblement avec l’énergie des électrons incidents. Nous notons ainsi une quantité égale à 0,26 % de l’énergie totale pour les électrons incidents d’énergie égale à 2 keV et 47% Pour les électrons incidents d’énergie égale à 5 keV. A 10 keV et à 30 keV, le pourcentage de l’énergie déposée dans le volume sensible passe respectivement à 76% et à 84% de l’énergie totale des électrons incidents.

Cela montre qu’à basse énergie, on à une quantité d’énergie égale à 85% de l’énergie totale des électrons incidents qui est perdue. Cette dernière est déposée localement à une courte distance à l’intérieur de la couche morte, ne pouvant pas ainsi atteindre le volume sensible du détecteur.

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

La figure [III.32] illustre la dépendance énergétique sur la quantité de l’énergie déposée. On constate bien que l’énergie déposée dans le volume sensible augmente parallèlement à l’augmentation de l’énergie des électrons incidents. Contrairement à l’énergie déposée dans la couche morte qui diminue au fur et à mesureque l’énergie incidente augmente.

         Le tableau III.4 montre l’effet de l’épaisseur de la couche morte sur la quantité d’énergie

collectée dans le volume sensible. On remarque ainsi qu’il est très important de diminuer l’épaisseur de la couche morte, afin de minimiser le plus possible la quantité de énergie perdue (déposée dans la couche morte).

Tableau III. 3 Nbre des Electrons = 100000 Epaisseur de la couche morte = 1100 µ

Energie des é incidents ^BCS

%

E dép. Dead layer E dép volume sensible

2 keV 55.5% 83.3% 0.26%

5 keV ^{36.2% 38% 47%}

10 keV ^{28% 9% 76.5%}

20 keV 23.1% 2.08% 83.5%

30 keV ^21.21

%

0.914% 84.6%

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

Nous notons aussi d’après la figure III.33 qu’au fur et à mesure que la valeur de l’angle d’incidence s’écarte par rapport à la normale. Il ya une augmentation de la quantité d’énergie déposée dans le couche morte et une diminution de la quantité d’énergie déposée dans le volume sensible.

Cette dernière constatation vérifie très bien la dépendance angulaire sur la quantité de l’énergie déposée dans les différentes couches constituant un détecteur à semi-conducteur.

3 0 4 0 5 0 6 0

0 ,0 0 E + 0 0 0 2 ,0 0 E + 0 0 8 4 ,0 0 E + 0 0 8 6 ,0 0 E + 0 0 8

Energie déposée eV

A n g le d 'in c id e n c e (d e g ré )

C o u c h e m o rte V o lu m e s e n s ib le

Figure III.33 

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

Teste Energétiques

Les tableaux suivants III.5, III.6 et III.7 exprime le bilan énergétique de l’interaction des électrons avec la matière (Silicium) qui est constituée d’une couche dite morte et d’un volume sensible.

Les résultats affichés, montrent qu’une partie des électrons est considérée comme perdue, cette dernière est représentée par les électrons rétrodiffusés ainsi que la quantité d’énergie déposée dans la couche morte. La deuxième partie est représentée par l’énergie des électrons collectée dans le volume sensible.

Pour monter en même temps l’effet de l’énergie et l’angle d’incidence des électrons sur l’énergie déposée dans les différentes parties, nous avons simulé l’interaction des électrons avec la matière pour les énergies suivant 10 keV, 20 keV,et 30 keV ainsi que pour un angle d’incidence s’étalant de 0° à 60°.

On remarque ainsi que lorsque l’angle d’incidence s’écarte de la normale, la proportion des électrons rétrodiffusés augment, pouvant atteindre pour un angle de 60° jusqu à 50% des électrons incidents. Cela influe négativement sur la quantité d’énergie collectée dans le volume sensible. Les résultats des tableaux cités précédemment montrent qu’un angle d’incidence de 0° est un paramètre de choix pour optimiser la collection de l’énergie des électrons incident dans le volume sensible.

Nous notons aussi qu’au fur et à mesure que l’énergie des électrons incidents augmente, le pourcentage de l’énergie collectée dans le volume sensible augment.

Dans cette objectif et afin de vérifier les résultats des ces calcules, nous avons essayé de comparer l’énergie totale des électrons incidents avec la sommes des énergies perdus à savoir; la

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

quantité des électrons rétrodiffusés, ainsi que la quantité d’énergie déposée dans la couche morte avec la quantité d’énergie collectée dans le volume sensible, suivant la relation suivante :

E

= ∑ E

+ ∑ E

+ ∑ E

Les résultats obtenus montrent qu’il y a un léger surplus d’énergie par rapport à la quantité d’énergie initiale des électrons incidents, cela est due probablement à une quantité non négligeable des électrons secondaires et électrons Auger qui sont comptabilisées comme étant des électrons primaires rétrodiffusée.

Tableau III.5

E= 10 keV N^bre des électrons initiales =100000

Angle d’incidence BCS % E_dép Couche morte Edép Volume sensible

0° 28% 9% 76.5%

30° 33.8% 10.7% 71.4%

45° 42.6% 13% 63.8%

60° 56.8% 15.5% 52.4%

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

Tableau III.6

E= 20 keV N^bre des électrons initiales =100000

Angle d’incidence BCS % E _dép couche morte E _dép volume sensible 0° 23.1% 2.08% 83.5%

30° 28.8% 2.52% 79.3%

45° 36.74 3.18 73.2%

60° 49.8 4.52% 62.4%

Tableau III.7

E= 30 keV Nbre des électrons initiales =100000 Angle d’incidence BCS

%

E dép couche morte E dép volume sensible

0° 21.21% 0.914% 84.6%

30° 27% 1.08% 81%

45° 34.76% 1.37% 74.60%

60° 47% 2% 64,6%

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

III. 8 Conclusion

  Les résultats obtenus dans le présent travail, portant sur l’estimation de l’énergie perdue dans la couche morte, ainsi que l’estimation de l’énergie déposée dans le volume sensible d’un détecteur à semi conducteur, montrent que l’incertitude dans la réponse d’un détecteur est reliée étroitement à l’épaisseur de la couche inactive (Dead layer) qui dépend aussi des énergies des électrons incidents, confirmant ainsi les résultats des divers travaux effectués notamment par J.Rodenas end all [12], portant sur l’influence de la couche morte d’un détecteur à semi-conducteur.

Nous avons constaté que l’énergie déposée dans le volume sensible augmente parallèlement à l’augmentation de l’énergie des électrons incidents. Contrairement à l’énergie déposée dans la couche morte qui diminue au fur et à mesureque l’énergie incidente augmente.

Cela est expliqué, par le faite que la majorité des électrons de basse énergie, déposent leur énergie à une courte distance à l’intérieur de la couche inactive, ne pouvant pas ainsi atteindre le volume actif du détecteur.

Ces deniers résultats concorde parfaitement avec les divers résultats expérimentaux qui ont démontrés qu’au fur et au mesure que l’énergie des électrons incidents augmente; le point de déposition de l’énergie ce déplace au long de la ligne de progression des particules. [12]

Nous avons aussi constaté que la quantité d’énergie déposée le volume sensible augmente diminue inversement avec l’épaisseur de la couche morte.

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION 

La dépendance de l’énergie collectée dans le volume sensible avec l’angle d’incidence, α, est aussi vérifier. En effet lorsque l’angle d’incidence s’écarte de la normale, cela entraine simultanément une diminution de la quantité d’énergie déposée dans le volume sensible et une augmentation de l’énergie perdu (électron rétrodiffuses et la quantité d’énergie déposée dans la couche morte).

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION