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Détecteurs de rayonnement X basé sur la Résonance de Plasmons de Surface (X-Ray Detectors Based on Surface Plasmon Resonance) J. Hastanin Défense de doctorat.

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1 Détecteurs de rayonnement X basé sur la Résonance de Plasmons de Surface (X-Ray Detectors Based on Surface Plasmon Resonance) J. Hastanin Défense de doctorat le 30 mars 09 PM 2009

2 Dispositif de lecture Rayonnement X Détecteur de rayonnement X Indicateur Transducteur Mécanismes de conversion du rayonnement X dans le transducteur Dilatation des matériaux Modification de permittivité diélectrique Détecteurs micromécaniques Détecteurs photoniques (classiques) Méthodes de lecture électroniques optiques

3 Transducteur micromécanique: Substrat Cantilever bilame Rappel: leffet de bilame Mécanismes de dilatation Le cantilever se déforme (leffet de bilame) Absorption et conversion de lénergie du RX en chaleur Effet de bilame Absorption du RX et génération des photoélectrons Classique (thermomécanique) : Dilatation électronique (si lune des couches du bilame est constituée dun semi-conducteur ) Contraintes mécaniques

4 Transducteurs photoniques: Substrat Le rayonnement X absorbé modifie la permittivité diélectrique du matériau de labsorbeur Semi-conducteur

5 Intérêt des méthodes optiques de lecture Avantages de la lecture optique en comparaison avec la lecture électronique: -structure géométrique du pixel plus simple; -grande fiabilité et robustesse du détecteur; -réduction du bruit de lecture. Il ny a pas de bruit de jonctions électriques Signal de lecture ne pénètre pas au sein de labsorbeur (leffet des fluctuations statistiques du signal de lecture est moindre) La lecture optique peut être réalisée par un faisceau lumineux impulsionnel, avec la durée dun pulse inférieure au temps caractéristique de la réponse du transducteur Dans le cas de la détection bolométrique, le transducteur peut être réalisé sans partie métallique Cela permet de réduire la capacité calorifique du transducteur et les pertes de la chaleur Amélioration importante de la sensibilité du détecteur

6 Concept proposé: Lecture optique de létat du transducteur par lintermédiaire de leffet SPR ( Résonance des Plasmons de Surface ) Couche plasmonique Source lumineuse Couplage optique Photodétecteur Transducteur (p.ex.: un cantilever bilame) Rayonnement X Exemple: détecteur micromécanique de rayonnement

7 -résolution théorique de mesures des déplacements mécaniques est inférieure à 1 nm -résolution théorique de mesures des indices de réfraction est haute vitesse de lecture (le temps de vie des SPs est de quelques fs) -la lecture à effet SPR permet de réaliser des détecteurs matriciels de grandes dimensions Intérêt de lecture à effet SPR

8 Rappel sur la théorie Résonance des Plasmons de Surface Petit coefficient de réflexion de surface métallique Observation: Plasmons de Surface Quanta de loscillation corrélée de densité du liquide électronique sur la surface métallique On peut les exciter par une onde lumineuse évanescente Echange énergétique résonant Résultat:

9 θ θ Reflectivity θ SPR Exemple: -excitation des plasmons de surface par une onde lumineuse en mode de réflexion totale interne Pic dabsorption Prisme Couche métallique 30-60nm

10 Forme et position du pic dabsorption varient en fonction du gap cantilever/substrat Cantilever Réflectivité Angle dincidence Réflectivité Épaisseur du gap Gap

11 Source du faisceau lumineux Couche plasmonique Transducteur micromécanique (bilame) Détecteur de lintensité (de décalage de phase) du faisceau réfléchi On peut quantifier la flèche du cantilever à partir du coefficient de réflexion de linterface plasmonique.

12 Organigramme généralisée: Dépôt de la couche sacrificielle Dépôts des couches structurelles Formation de structure 2D du pixel Gravure isotrope de la couche sacrificielle Illustration: - Couche métallique (milieu de propagation des plasmons de surface) - Couche sacrificielle - Couche structurelle (transducteur) -Substrat Mise en oeuvre


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