Développement de bolomètre refroidi à 0,1 K pour une détection X dans la gamme 100 eV – 10 keV

Abdelkader Aliane (1)

1 CEA-LETI - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information

Astronomy missions of the next generation (IXO for instance) are under study. These missions will be equipped with X ray mirrors of large surface, with a bandwidth extended to high energies and high angular resolution. This requires the use of imaging-spectrometers in the focal plane with performances improved in terms of counting rate, energy bandwidth and spectral resolution, compared with CCDs, which form the basis of existing instruments. The work undertaken in this PhD thesis has been the extrapolation, to the X-ray detection, of IR (Infra Red) bolometer arrays already developed at CEA/LETI for the space mission HERSCHEL. We have adapted the electrical impedance of the silicon sensor to measure pulse signals caused by X-ray interactions with the detector. We have bound absorber arrays made of tantalum (which has been processed and provided by laboratories in collaboration with the LETI) to silicon thermistor arrays in a single automatic step. We have validated the indium bump hybridization of absorber arrays on sensor arrays and improved the thermo-mechanical link, provided by this hybridization in terms of thermal capacitance. We succeeded in realizing 8x8 pixels array prototypes using collective technological processes only. These processes are readily usable to realize larger arrays (32 x 32 pixels).

Les missions d'astronomie X de nouvelle génération (IXO par exemple) sont à l'étude. Ces missions seront équipées de miroirs X de grande surface effective, à bande passante étendue vers les hautes énergies et à haute résolution angulaire. Ceci implique l'utilisation au plan focal de détecteurs spectro-imageurs de performances en rapport, améliorés en terme de taux de comptage, de bande passante en énergie et de résolution spectrale par rapport aux CCDs qui constituent la base des instruments actuels. Le travail réalisé dans cette thèse consiste en l'extrapolation à la détection X de matrices de bolomètres IR déjà développées au LETI pour la mission spatiale HERSCHEL. Les études réalisées ont consisté à adapter l'impédance des senseurs silicium à la mesure des signaux impulsionnels engendrés par des interactions X avec le détecteur, à réaliser des matrices d'absorbeurs pixellisés sur poignée silicium à partir de microfeuilles de tantale (Ta) qui ont été traitées et fournies par des laboratoires en collaboration avec le LETI. Nous avons validé une technologie de report de ces matrices absorbeur sur matrices senseur par hybridation par bille d'indium. Nous avons optimisé l'hybridation en terme de capacité calorifique. Nous avons réussi à réaliser un prototype de matrice 8 x 8 pixels libérés et hybridés. Tous les procédés technologiques mis en point sont collectifs et extrapolables à des matrices de grandes dimensions (32 X 32 pixels).

Mots clés: Detectors; Microcalorimeter; X-ray; Ion implantation; Micro-technology; Heat capacity.

Mots clés: Capacité calorifique; SOI; Détecteurs; Microcalorimètre; Rayonnements X; Implantation ionique; Micro-technologie; Capacité calorifique.

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Abdelkader Aliane. Développement de bolomètre refroidi à 0,1 K pour une détection X dans la gamme 100 eV – 10 keV. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00387573⟩