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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. HastaninDéfense de doctorat le 30 mars 09 PM
2009
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Dispositif de lectureRayonnement X
Détecteur de rayonnement X
IndicateurTransducteur
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
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Transducteur micromécanique:
Substrat
Cantilever bilameRappel: l’effet de bilame
Mécanismes de dilatation
Le cantilever se déforme (l’effet de bilame)Absorption et conversion de l’énergie du RX en chaleur
Effet de bilame Absorption du RX et génération des photoélectrons
Classique (thermomécanique) :
Dilatation électronique (si l’une des couches du bilame est constituée d’un semi-conducteur )
Contraintes mécaniques
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Transducteurs photoniques:
Substrat Substrat
Le rayonnement X absorbé modifie la permittivité diélectrique du matériau de l’absorbeur
Semi-conducteur
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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 n’y a pas de bruit de jonctions électriques
Signal de lecture ne pénètre pas au sein de l’absorbeur
(l’effet des fluctuations statistiques du signal de lecture est moindre)
La lecture optique peut être réalisée par un faisceau lumineux impulsionnel, avec la durée d’un 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
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Concept proposé:Lecture optique de l’état du transducteur par l’intermédiaire de l’effet
SPR ( Résonance des Plasmons de Surface )
Couche plasmonique
Source lumineuse
Couplage optiquePhotodétecteur
Transducteur (p.ex.: un cantilever bilame)
Rayonnement X
Exemple: détecteur micromécanique de rayonnement
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-résolution théorique de mesures des déplacements mécaniques est inférieure à 1 nm-résolution théorique de mesures des indices de réfraction est 10-5
-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
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Rappel sur la théorie Résonance des Plasmons de Surface
Petit coefficient de réflexion de surface métallique Observation:
Plasmons de SurfaceQuanta de l’oscillation corrélée de densité du liquide électronique sur la surface métallique
On peut les exciter par une onde lumineuse évanescente
Echange énergétique résonant Résultat:
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θ
θθSPR
Exemple:-excitation des plasmons de surface par une onde lumineuse en mode de réflexion totale interne
Pic d’absorption
Prisme
Couche métallique
30-60nm
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Forme et position du pic d’absorption varient en fonction du gap cantilever/substrat
Cantilever
Angle d’incidence
Épaisseur du gap
Gap
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Source du faisceau lumineux
Couche plasmonique
Transducteur micromécanique (bilame)
Détecteur de l’intensité (de décalage de phase) du faisceau réfléchi
On peut quantifier la flèche du cantilever à partir du coefficient de réflexion de l’interface plasmonique.
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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