CEA Saclay / DSM / DAPNIA Service d’Astrophysique Groupe détecteurs pour le spatial C. Blondel, Y. Lepennec, O. Limousin, M. Donati, P. Mulet, C. Pigot, L. Rodriguez, A. Tabary, P. Goret, O. Boulade, P. Galdemard, M. Lortholary, V. Réveret, M. Delcourt, C. Pelliciari

Sommaire … Le groupe et ses objectifs Quelques détecteurs spatiaux Nos interactions avec les autres groupes Le groupe RAIV (C. Bonnin) Conclusion

Le groupe détecteurs pour le spatial … Groupe au sein du laboratoire d’instrumentation spatiale Interaction forte avec les autres groupes dans les phases de réalisation et d’exploitation des instruments 3 ingénieurs de recherche, 1 doctorant, 5 techniciens, 4 « seconde-appartenance »

Instrumentation spatiale (P. Lavocat) Groupe de détection spatiale (B. Cordier) Groupe système et architecture spatiale Groupe de qualité spatiale Bureau d’étude et de développement d’électroniques spatiales Groupe calibration Groupe détecteurs Groupe RAIV Où sommes nous ? …

Nos missions … Développer, mettre au point, réaliser et caractériser des détecteurs de haut niveau dans le cadre de missions scientifiques pour l’astrophysique spatiale (IR, X et  ) Mener des activités de recherche sur les nouveaux détecteurs en vue d’applications futures

Particularités spatiales des détecteurs … Dans les domaines spectraux traités, l’atmosphère est opaque aux rayonnements célestes Les détecteurs doivent être embarqués sur des plates-formes satellites Dès leur conception, leur usage en orbite doit être pris en compte (fiabilité, tenue aux radiations des détecteurs et électronique associée, processing des données, consommation, mécanique et thermique)

Les détecteurs en vogue … Détecteurs Active Pixel Sensors (D. Schmitt, O. Boulade) Matrices de micro-calorimètres X (C. Pigot) Détecteurs IR moyen (P. Galdemard) Matrices de bolomètres IR (L. Rogriguez) Détecteurs CdTe X durs et  (O. Limousin) Autres détecteurs X et  (O. Limousin, B. Cordier, P. Goret) Matrices de micro-calorimètres X (C. Pigot) Matrices de bolomètres IR (L. Rogriguez) Détecteurs CdTe X durs et  (O. Limousin)

Matrices de bolomètres pour l’astronomie submillimétrique … Domaine submillimétrique : - formation des étoiles - étude des galaxies lointaines Projet Herschel / PACS : - bande ( µm) : 2048 pixels - bande ( µm) : 512 pixels Température = 300mK, NEP = W / √Hz, champ de vue par pixel inférieur à la limite de diffraction.

Matrices de bolomètres du CEA … Absorbant Thermomètre Rayonnement incident Source de température constante Lien thermique Bolomètre : principe de fonctionnement 1 pixel Architecture de la matrice

But : développer des plans focaux adaptés aux longueurs d’onde autour du mm pour l’observation depuis le sol. Pic d’absorption dû à la couche de Si Absorption sans Si Couche de Silicium d’épaisseur ajustée, qui agit comme un anti-reflet. Adaptation aux plus grandes longueurs d’ondes …

Micro-calorimètres X … Dans le cadre du programme européen XEUS, pour la relève d’XMM-NEWTON Développement de spectro-imageurs X à très haute résolution spectrale pour l’horizon 2010 à 2015 (5 eV à 5.9 keV) Développement à partir d’une technologie maîtrisée au LETI

Matrice de Micro-calorimètres X … Design : 250  250 µm² Absorbeur HgTe T° < 100 mK Senseur sur substrat double SOI (thermomètre de grand volume Si implanté et diffusé à haute température pour un dopage homogène et un bruit limité) À l’étude : Absorbeur Ta (supraconducteur) Multiplexage Diaphonie

Les détecteurs CdTe, héritage d’ISGRI… ISGRI se porte bien à l’ESTEC Spectre de 22 Na Image à 511 keV du masque d’IBIS

Les détecteurs CdTe X et gamma … nos axes de recherche … CdTe pixélisés et « strippés » CdTe épais CdTe Schottky CdZnTe

Détecteurs épais … Des « chaussettes » pour le CdTe CZT 6mm d’épais

Ou détecteurs minces à basse énergie… Diodes Schottky CdTe pour la fluorescence X 57 Co, 0°C 250 V 0.5 mm 3.1 keV FWHM

Les interactions avec les autres groupes BE, Système, Qualité et le DAPNIA … Dans les phases de conception Design, prototypes, électroniques Dans les phases de réalisation AQ, qualification, expertise, bancs de tests Dans les phases d’intégration et tests Essais d’environnement, bancs de tests Dans les campagnes d’étalonnage des instruments Analyse des données, suivi des fonctions de l’instrument

Le groupe RAIV … Compétence en électronique, informatique, câblage spatial, essais d’environnement et instrumention spatiale Mise au point et réalisation d’essais d’environnement (vibrations et chocs, thermique, EMI/EMC, …) 4 Ingénieurs, 5 techniciens et 3 « seconde- appartenance » Le groupe est en relation permanente avec le BE, la qualité, le groupe système et les équipes instrumentales dès la conception des expériences

En conclusion, le groupe détecteurs pour le spatial est présent … parmi les autres groupes du SAp et du DAPNIA au cœur des instruments scientifiques, de leur invention jusqu’à leur utilisation en orbite sur la scène internationale pour l’originalité et la qualité des détecteurs étudiés