Étude de la réponse en courant de détecteurs silicium opérés en environnement de très hautes radiations

Ce travail se situe dans le cadre de l'expérience ATLAS auprès du Grand Collisionneur Hadronique (LHC) qui sera construit au CERN. Il consiste en l'étude de la réponse en courant de détecteurs au silicium de grande surface, irradiés par des neutrons ou des protons de façon à reproduire l'environnement de hautes radiations auquel le détecteur ATLAS devra faire face. A l'aide d'une modélisation du transport des charges produites par le passage de particules alpha ou bêta dans un détecteur au silicium et d'un ensemble de données expérimentales, il est possible d'obtenir certaines caractéristiques électriques importantes des détecteurs. Ces caractéristiques sont: la concentration effective de dopants (ce qui détermine la tension de désertion d'un semi-conducteur), le piégeage des porteurs de charge (donnant l'efficacité de la collection des charges), et les mobilités des électrons et des trous (influençant le temps nécessaire à la collection des charges). En connaissant l'évolution de ces paramètres en fonction des irradiations des détecteurs, il sera possible de définir des conditions d'opération assurant une utilisation efficace des détecteurs. Les résultats obtenus confirment l'inversion du type de dopage, tel qu'observé par plusieurs auteurs, en fonction de leurs irradiations en neutrons ou en protons. La dégradation des mobilités est plus importante que celle prédite par le modèle des sous-amas. Et enfin, les taux de piégeage des porteurs de charge sont compatibles avec des mesures directes de ces quantités publiées précédemment. Ces quantités permettent de séparer les effets des doses de radiations en trois zones: la première où le piégeage est négligeable et où les mobilités varient de façon linéaire, la deuxième où les propriétés des détecteurs sont dramatiquement perturbées, et enfin une troisième zone qui se situe entre les deux précédentes où plus de recherches devraient être entreprises afin de bien discerner les mécanismes qui s'y manifestent.