Current response of silicon detectors to light charged particles and heavy ions

Réponse en courant des détecteurs silicium aux particules chargées et aux ions lourds

Hassen Hamrita (1)

1 IPNO - Institut de Physique Nucléaire d'Orsay

This work consisted in collecting and studying for the first time the shapes of current signals obtained from charged particles or heavy ions produced by silicon detectors. The document is divided into two mean parts. The first consisted in reducing the experimental data obtained with charged particles as well as with heavy ions. These experiments proceeded at the Orsay Tandem and at GANIL using LISE. These two experiments enabled us to create a data base formed of current signals with various shapes and various times of collection. The second part consisted in carrying out a simulation of the current signals obtained from the various ions. To obtain this simulation we propose a new model describing the formation of the signal. We used the data base of the signals obtained in experiments in order to constrain the three parameters of our model. In this model, the charge carriers created are regarded as dipoles and their density is related to the dielectric polarization in the silicon detector. This phenomenon induces an increase in permittivity throughout the range of the incident ion and consequently the electric field between the electrodes of the detector is decreased inside the trace. We coupled with this phenomenon a dissociation and extraction mode of the charge carriers so that they can be moved in the electric field.

Ce travail a consisté à collecter puis étudier pour la première fois les formes de signaux de courant issus de détecteurs silicium lors de l'interaction des particules chargées ou des ions lourds avec ces derniers. Ce document est divisée en deux grandes parties. La première consistait à dépouiller les données expérimentales obtenues avec des particules chargées ainsi que des ions lourds. Ces expériences se sont déroulées au Tandem d'Orsay et auprès du GANIL en utilisant la ligne LISE. Ces deux expériences nous ont permis de créer une base de données formée de signaux de courant avec différentes formes et différents temps de collection. La deuxième partie consistait à réaliser une simulation des signaux de courant issus des différents ions. Pour obtenir cette simulation nous avons pu développer un nouveau modèle décrivant la formation du signal. Nous avons utilisé la base de données des signaux obtenus expérimentalement afin de contraindre les trois paramètres de notre modèle. Dans ce modèle, les porteurs de charges créés sont considérés comme des dipôles et ainsi leur densité est reliée à la polarisation diélectrique dans le détecteur silicium. Ce phénomène induit une augmentation de constante diélectrique tout au long de la trace de l'ion incident et par conséquent le champ électrique entre les électrodes du détecteur est diminué à l'intérieur de la trace. Nous avons couplé à ce phénomène un mode de dissociation et d'extraction des porteurs de charges afin qu'ils puissent se mettre en mouvement dans le champ électrique.

Mots clés: Silicon detector; Ramo theorem; current pulse; dielectric polarization; heavy ions.

Mots clés: Détecteur silicium; théorème de Ramo; impulsion de courant; polarisation diélectrique; ions lourds; identification; ions lourds.

Domaines: Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]; Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]

Hassen Hamrita. Réponse en courant des détecteurs silicium aux particules chargées et aux ions lourds. Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00010145⟩