À la découverte des capteurs CMOS. 1.Un capteur CMOS cest quoi ? Une nouvelle technologie de...
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À la découverte À la découverte des capteurs CMOSdes capteurs CMOS
1.Un capteur 1.Un capteur CMOS c’est CMOS c’est
quoi ?quoi ?Une nouvelle Une nouvelle
technologie de technologie de détecteur détecteur àà pixels pixels
Le prototype placé sur son support de test
moi
Un capteur (1 million de pixels)
Les capteurs sont conditionnés sur des galettes de silicium (33 capteurs)
15 cm
Un pixelUn pixel
20 m
Un cheveu au microscopeUn cheveu au microscope à la même échelleà la même échelle
Zoom sur une partie du capteur,on voit se dessiner les pixels
0.5 millimètres
2.Comment ça 2.Comment ça fonctionne ?fonctionne ?
--
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La particule traverse le capteur.
Couche sensible au passage des particules
Substrat (support non sensible)
Les charges collectées sont prétraitées et le
signal est amplifié
moi
Électronique de prétraitement du signal
Collecteur
Elle libère des charges
électriques, qui sont piègées par
le collecteur (chargé
positivement)
Découpons un pixel. Regardons ce qui le compose et ce qui se passe lorsqu’une particule le
traverse
Contrôles et analyses
La particule traverse le
capteur
Les informations de chaque pixel sont transmises au PC
La position de l’impact de la particule sur le capteur est déterminée avec précision
moi
On détermine la position précise du passage de la particule
Am
plit
ud
e d
u s
ign
al
Numéro pixel colonne Numéro pixel ligne
Pixel touché
Déterminer la Déterminer la trajectoire des trajectoire des
particulesparticules
3. À quoi 3. À quoi ça sert ?ça sert ?
Les capteurs pourront être utilisés pour construire le détecteur de trajectoires le
plus proche de la collision
moi
moi
25 cm
10 cm
5 couches de détecteursdisposées en cylindre
e-
e+
Support
en fibre de ca
rbone
Support en fibre
de carb
one
Pour construire un détecteur de trajectoires
On commence par fabriquer une échelle de capteurs
Les échelles de capteurs sont disposées en
cylindre
moi
Les échelles de capteurs sont disposées en
cylindre
Un détecteur de trajectoiresLa collision entre les particules a lieu ici.
Elle crée de nouvelles particules
qui sont émises dans toutes les
directions
e- e+
moi
10 cm
moi
Connaissant la position du passage des particules avec une haute précision,
l’informatique nous permet de reconstruire les trajectoires de toutes les particules dans le
détecteur
moi
ImagerieImagerie
3. À quoi ça sert3. À quoi ça sert ? ?
Imagerie vs Trajectométrie
Trajectoire en 3D d’espace
Trajectoire en 2D d’espace + 1D de temps
La physique des particules reconstruit des trajectoires
dans l’espace
espace
Une caméra image la position d’une source dans
le temps
temps
Les capteurs de trajectométries doivent détecter des particules uniques
La sensibilité aux particules unique apporte :
• une dynamique infinie• une meilleure précision de l’image• la réduction du bruit
Une tête de cafard vue avec de la lumière
synchrotron (rayons X de 5.2 keV) en utilisant un
capteur CMOS
Les éléctrons accélérés sont
détectés individuellement par
le capteur CMOS
Détecter des photons uniques en lumière visible
Les électrons sont accélérés par le
champ électrostatique
Les photons frappent la
photocathode et sont convertis en
électrons
Cellule de racine de muguet observé au
microscope de fluorescence combiné
avec une caméra EBCMOS
Un groupe pionier Un groupe pionier pour la pour la
trajectométrietrajectométrie
4. Les capteurs CMOS4. Les capteurs CMOSà l’IPHCà l’IPHC
Etudes collection de charges & technologies - démonstrateurs
Production
MimoStar3
MimoTEL Imager10µ Imager12µ
Mimosa16 Mimosa16
Latchup ADC ADC MyMap
TestStruct
Proto taille réticulaire – Etude rendementReticule 2x 2 cm 2006
Compression des données – Numérisation
Sara 2006Suze 2007
Les cqpteurs MIMOSA : une évolution cohérente
Circuits fials - Intégrations des sous-ensembles
Mimosa22
2008
Pixel Array
DiscriminatorsZero Suppression
Bias Readout
2007
1999
Plus de 30 capteurs conçus et testés depuis 1999
Centre de CAOCollaborations:
The USA: Fermi Nat. Lab.Brookhaven Nat. Lab.L.Berkeley Nat. Lab.
Europe: France: Lyon Uni., CEAGermany: DESY, GSI, Frankfurt Uni.Italian subatomic physics lab. (INFN)Switzerland: CERN, Geneva Uni.
Chine: Dalian Uni.Xian Uni.
Industrie: SAGEMPHOTONIS
finfin