Détecteurs à semi-conducteurs
Responables du WP: Jerome Buadot (IPHC) et Marie-Laure Gallin-Martel (LPSC)
Les détecteurs à l’état solide ou à semi-conducteur sont largement utilisés dans les expériences soutenues par l’IN2P3 en physique des hautes énergies, physique nucléaire, physique des astroparticules et pour des applications médicales.
L’expertise concernant l’usage des semi-conducteurs dans nos laboratoires couvre une large gamme de matériaux et les activités menées peuvent inclure la conception, la simulation, la fabrication, la caractérisation et l’intégration des détecteurs.
Les détecteurs au silicium (CMOS, MAPS, DeMAPS, LGADs…) sont principalement utilisés dans la photodétection et le tracking des particules, ce qui nécessite une granularité élevée, une temporisation ultra-rapide, un budget de matière réduite et une bonne tenue à la radiation pour fonctionner dans des conditions de rayonnement extrêmes.
Les systèmes de germanium fonctionnant à températures cryogéniques sont largement utilisés dans la spectroscopie gamma et rayons X à haute résolution ; des activités de R&D sont poursuivies dans la fabrication de détecteurs HPGe pour en améliorer les performances et mettre en œuvre de nouvelles géométries complexes. Compte tenu de leur faible bruit et de leur faible seuil d’énergie, les semi-conducteurs ont récemment trouvé une application dans la physique des événements rares (matière noire, diffusion cohérente des neutrinos…) et dans ce domaine le défi majeur consiste à construire des détecteurs massifs (> 10 kg).
Les semi-conducteurs « wide bandgap » conviennent aux environnements à rayonnement élevé : le diamant, en étant plus rapide et plus résistante aux rayonnements, est une alternative intéressante au silicium dans les applications médicales et le SiC quand des conditions de température élevée (par exemple, les environnements nucléaires) sont atteintes. Les semi-conducteurs composés tels que CdTe, HgTeCd ou InGaAs sont indiqués pour la détection infrarouge rouge (IR), rayons X et rayons gamma, et sont souvent utilisés dans des applications spatiales, tandis que GaN et InP ont des propriétés de scintillation et sont utilisés dans la photodétection et l’optoélectronique.
Les performances spécifiques et les développements technologiques dépendent des exigences de physiques et du particulier domaine d’application. Cependant, certains axes de R&D, tels que l’amélioration de la résolution énergétique, spatiale et temporelle, et le développement d’une lecture de données à haut débit, rapide et efficace, pourraient être considérés comme d’intérêt général.
Le groupe de travail travaille en collaboration avec le réseau d’expertise technique sur les détecteurs semi-conducteurs.
Events
Pixel2024 workshop, 18-22 November, Strasbourg
Journées réseau semi-conducteur, La photo-détection avec les semi-conducteurs, 3-4 June 2024, Grenoble
French-Japan workshop on semi-conductor material, June 2024, Grenoble
Atelier pixel det. en France, 19-20/09/2023, Marseille