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 ?

--

-

--

-

-

-

-

-

-

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