Les télescopes

Détecteur silicium à pistes

Les détecteurs à pistes, de surface active 60 {

60 mm

et de 300 °

m d’épaisseur, sont fabriqués par la société Canberra à partir de silicium de type n de haute résistivité, entre 13 et 21 kï cm. Chaque face d’un détecteur est segmentée en 60 pistes de 1 mm de large. Sur la face d’entrée du détecteur, chacune des pistes est obtenue par une implantation pP

sur une largeur de 910 °

m et une épaisseur de 500 Å. La collection des charges est assurée par une électrode d’aluminium épaisse de 1500 Å déposée sur les pistes. Chaque piste est isolée de ces voisines par un dépôt d’oxyde de silicium de 90 °

m de large. Les pistes de la face de sortie, de 850

°

m de largeur, résultent de la segmentation d’une couche d’aluminium de 1500 Å d’épaisseur, évaporée sur une électrode constituée d’une implantation nP

de 1000 Å d’épaisseur. Ces pistes sont isolées par une série d’implantations pP

, dite « peigne ». Sur chaque face, un anneau de garde limite les courants de fuite aux bords du détecteur. La figure 2.22 montre la coupe transversale d’un détecteur à pistes.

Ce détecteur fonctionne comme une juxtaposition de jonctions pP

n. Celles-ci s’établissent entre les pistes pP

de la face d’entrée et le silicium de type n du corps du détecteur. Pour cette raison, la face d’entrée est dite « face jonction ». La face de sortie est appelée « face ohmique ». La tension de déplétion, c’est-à-dire la tension de polarisation inverse pour laquelle la zone désertée par les porteurs de charge libres atteint toute l’épaisseur du détecteur, vaut de 15 à 25 V, selon les détecteurs. En pratique, on surpolarise les détecteurs à environ deux fois leur tension de déplétion. Ce faisant, on augmente le champ électrique dans le détecteur, ce qui permet

2.6. Le détecteur MUST 61

FIG. 2.22: Coupe transversale d’un détecteur à pistes de MUST. Les pistes de la face de sortie

(côté ohmique) sont en réalité perpendiculaires à celles de la face d’entrée (côté jonction). Pour plus de clarté, les dimensions relatives ne sont pas respectées.

d’améliorer les mesures de temps. Cette surpolarisation est permise par la haute résistivité du silicium utilisé. Lors du passage d’une particule, la mesure de la position est fournie par les numéros de la piste jonction et de la piste ohmique touchées.

Pour certaines réactions, par exemple la diffusion élastique de protons sur les noyaux, les petits angles dans le centre de masse correspondent à de très basses énergies pour les particules légères que l’on cherche à détecter avec MUST. Si l’on veut avoir accès à ces angles, il faut donc minimiser le seuil de détection. La zone morte d’entrée du détecteur à pistes, constituée par l’électrode et l’implantation pP

, a ainsi été optimisée de manière à limiter les pertes d’énergie. La photographie présentée sur la figure 2.23 montre la face de sortie (côté ohmique) du détecteur à pistes.

Détecteur silicium compensé au lithium

Les détecteurs Si(Li) ont été fabriqués par le service Détecteurs de l’IPN d’Orsay. Ils sont obtenus à partir de silicium de type p dans lequel on fait diffuser du lithium. Le lithium se com-porte comme une impureté donneuse d’électrons. Les ions LiP

viennent se placer en position interstitielle et compensent les impuretés acceptrices du silicium p. On obtient ainsi une zone de caractéristiques proches de celles du silicium intrinsèque. Cette zone est en particulier libre de porteurs de charge et peut être utilisée pour la détection. La tension de polarisation n’est là que

FIG. 2.23: Vue d’un détecteur à pistes (côté ohmique).

pour assurer la collection des charges. Les détecteurs Si(Li) de MUST ont une épaisseur active de 3 mm et une surface active de 58 {

58 mm

. Sur chaque face, une électrode est réalisée par un dépôt d’or. Ces détecteurs sont polarisés à 400 V. Un des détecteurs Si(Li) est visible sur la figure 2.24.

Préamplificateurs

Les préamplificateurs des détecteurs à pistes ont été développés et fabriqués par le Ser-vice d’Electronique Physique de l’IPN d’Orsay. Sur les pistes de la face d’entrée, des mesures d’énergie et de temps sont réalisées. L’électronique de ces pistes a été optimisée pour les me-sures de temps. En particulier, les préamplificateurs utilisées pour ces pistes sont des préam-plificateurs de courant possédant un temps de montée de 15 ns. Ils sont implantés à quelques centimètres du détecteur, de manière à minimiser le bruit dû à la capacité introduite par les câbles. Les pistes du côté ohmique sont équipées de préamplificateurs de charge de gain 20 mV/MeV, optimisés pour les mesures d’énergie, qui sont les seules mesures réalisées sur ces pistes. Tous les préamplificateurs sont construits sur des cartes filles, qui sont implantées sur deux cartes mères, regroupant chacune 60 préamplificateurs et conçues pour réduire la diapho-nie. Chaque détecteur Si(Li) est équipé d’un préamplificateur de charge similaire à celui des pistes ohmiques du détecteur à pistes, mais avec un gain plus faible. Chaque module est refroidi par une circulation d’eau à quelques degrés C, afin de conserver une température raisonnable. Ceci est particulièrement important pour les détecteurs Si(Li) dont la résolution en énergie se dégrade fortement avec la température.

2.6. Le détecteur MUST 63

FIG. 2.24: Vue d’un détecteur Si(Li).

Mécanique

Deux des bords du détecteur à pistes sont collés sur un cadre d’epoxy en forme de L. Les deux autres bords sont libres, ce qui permet de placer les détecteurs au plus près les uns des autres. Le cadre d’epoxy, qui fournit les connections électriques entre les pistes et leur élec-tronique, est vissé sur une colonne en aluminium. Cette colonne supporte également les deux cartes mères sur lesquelles sont fixés les préamplificateurs. Un rail est monté sous l’une des cartes pour maintenir le détecteur Si(Li) en place, à 5 mm environ derrière le détecteur à pistes. Un cadre d’aluminium, sur lequel est fixé le circuit de refroidissement, est vissé sur la colonne et rigidifie l’ensemble du module. La figure 2.25 montre le dessin d’un module MUST complet, avec sa mécanique, ses préamplificateurs et son système de refroidissement.