Caractérisation des modules de détection de la caméra ECLAIRs pour la mission SVOM - Guillaume Nasser - Indico

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Caractérisation des modules de détection de la caméra ECLAIRs pour la mission SVOM - Guillaume Nasser - Indico
Caractérisation des modules de détection de
la caméra ECLAIRs pour la mission SVOM

   Guillaume Nasser

Sous la direction de Olivier Godet
Caractérisation des modules de détection de la caméra ECLAIRs pour la mission SVOM - Guillaume Nasser - Indico
PROBLEMATIQUE

Le module de détection élémentaire pavant la caméra ECLAIRs est-il
conforme aux exigences scientifiques et techniques liées à la détection
spatiale des sursauts Gamma ?

En étudiant ses caractéristiques physiques et fonctionnelles, comment
optimiser à la fois ses performances et son opérabilité en vol ?

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Caractérisation des modules de détection de la caméra ECLAIRs pour la mission SVOM - Guillaume Nasser - Indico
PLAN
       I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
                     1.   Propriétés des sursauts Gamma
                     2.   SVOM
                     3.   Instrument ECLAIRs
                     4.   Tête de lecture et chaine de détection

       II. Caractéristiques du module XRDPIX
                     1.   Détecteurs CdTe Schottky
                     2.   Réponse spectrale
                     3.   Qualité d’hybridation
                     4.   Relation canal-énergie
                     5.   Uniformité des comptages

       III. Optimisation des performances & Opérabilité en vol
                     1. Effet de polarisation
                     2. Effet des particules chargées
                     3. Zone de fonctionnement des XRDPIX

       IV. Conclusion
                     1. Bilan
                     2. Perspectives
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1.

        SVOM
Détecteur de sursauts Gamma
Caractérisation des modules de détection de la caméra ECLAIRs pour la mission SVOM - Guillaume Nasser - Indico
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
     1. Propriétés des sursauts Gamma

                                                                                                                 s
                                                                                                   ms       40
                                                                                              30

                                                                       Nombre de sursauts
Observations                                       Progéniteurs                             T90 (sec)

     Répartition isotrope sur la voûte céleste              Formation d’un trous noir dans le coeur d’une étoile
     Occurence temporelle aléatoire                         massive en effondrement gravitationnel
     Distribution bi-modale de la durée des sursauts        Coalescence de deux objets compacts
     Distances cosmologiques                                Mécanisme d’accélération de particule (jets relativistes)
                                                            Émission gamma colimatée vers la Terre
                                                       5
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
      1. Propriétés des sursauts Gamma

                                                                                                                  s
                                                                                                    ms       40
                                                                                               30

                                                                        Nombre de sursauts
Observations                                        Progéniteurs                             T90 (sec)

      Répartition isotrope sur la voûte céleste              Formation d’un trous noir dans le coeur d’une étoile
      Occurence temporelle aléatoire                         massive en effondrement gravitationnel
      Distribution bi-modale de la durée des sursauts        Coalescence de deux objets compacts
      Distances cosmologiques                                Mécanisme d’accélération de particule (jets relativistes)
                                                             Émission gamma colimatée vers la Terre
GRB090423 : 600 million d’années après le Big Bang !
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I.                                 SVOM - détecteur de sursauts Gamma
                                     1. Propriétés des sursauts Gamma

     X/Gamma                                            BAT−XRT data of GRB 150910A                          optique                    6                                                              Kann et al.

                                         BAT: Black −− XRT: WT settling: Cyan; WT: Blue; PC: Red

                                  10−3

                                                                                                                Magnitude Rc corrigée
                                  10−4
     Flux density (Jy @ 10 keV)

                                  10−5

                                  10−6

                                  10−7

                                  10−8

                                         0.01    0.1     1      10    100 1000 104        105      106
                                                             Time since BAT trigger (s)
                                                                                                                                                               Temps écoulé (en jour) après le sursaut
                                                                                                                                          Fig. 1.— The afterglows of Type II GRBs in the observer frame. All data have been corrected for Galactic extinction (Schlegel et al.
                                                                                                                                        1998) and, where possible, the contribution of the host galaxy has been subtracted. Thin gray lines are Type II GRBs from the pre-Swift
                                                                                                                                        era, taken from K06 (three further GRBs are presented in this paper but are added to the pre-Swift sample). Thick red lines are the

                © NASA/Swift burst analyser                                                                  Kann et al. 2010
                                                                                                                                        Swift-era Golden Sample. The Silver Sample is blue, and the Bronze Sample is black. The large number of early afterglow detections
                                                                                                                                        is evident. Clearly, there are several afterglows that are significantly fainter than the pre-Swift sample. At late times, the non-breaking
                                                                                                                                        afterglow of GRB 060729 (Grupe et al. 2007a) is brighter than any other except for GRB 030329. At very early times, the prompt flash
                                                                                                                                        of the “naked-eye” GRB 080319B (Racusin et al. 2008; Woźniak et al. 2009; Beskin et al. 2009) reaches four magnitudes brighter than
                                                                                                                                        the previous record-holder, GRB 990123. GRB 061007 comes close to the magnitude of the optical flash of GRB 990123, making it the
                                                                                                                                        third-brightest afterglow ever detected. At late times, the afterglow of the nearby GRB 030329 still remains brighter than any other
                                                                                                                                        afterglow discovered since.

                                                                                                                                        Woźniak et al. 2009; Beskin et al. 2009) lies several mag-             cal flash of GRB 990123 (Akerlof et al. 1999). Several
                                                                                                                                        nitudes above all other afterglows. Otherwise, only the
                                                                                                                                        afterglow of GRB 061007 is comparable11 to the opti-                    which is included in our sample), had an early afterglow light curve

                                                               Emission multi-longueur d’onde
                                                                                                                                                                                                                (Jelı́nek et al. 2006b) which is almost identical in magnitude and
                                                                                                                                          11 We note that GRB 060117, the burst with the second highest         evolution to the afterglow of GRB 061007. It was very close to the
                                                                                                                                                                                                                Sun at trigger time and could not be observed spectroscopically,
                                                                                                                                        peak photon flux in the complete Swift sample (after GRB 090424,        therefore, it is not included in our sample.

                                                               Forte décroissance du flux avec le temps
                                                               Mesure du redshift spectroscopique dans la contre partie optique du sursaut

                                                                                                         6
I.                                 SVOM - détecteur de sursauts Gamma
                                       1. Propriétés des sursauts Gamma

     X/Gamma                                               BAT−XRT data of GRB 150910A                          optique                    6                                                              Kann et al.

                                            BAT: Black −− XRT: WT settling: Cyan; WT: Blue; PC: Red

                                  10−3

                                                                                                                   Magnitude Rc corrigée
                                  10−4
     Flux density (Jy @ 10 keV)

                                  10−5

                                  10−6

                                  10−7

                                                          emission             emission
                                                                               remanente
                                  10   −8

                                                          prompte

                                            0.01    0.1     1      10    100 1000 104        105      106
                                                                Time since BAT trigger (s)
                                                                                                                                                                  Temps écoulé (en jour) après le sursaut
                                                                                                                                             Fig. 1.— The afterglows of Type II GRBs in the observer frame. All data have been corrected for Galactic extinction (Schlegel et al.
                                                                                                                                           1998) and, where possible, the contribution of the host galaxy has been subtracted. Thin gray lines are Type II GRBs from the pre-Swift
                                                                                                                                           era, taken from K06 (three further GRBs are presented in this paper but are added to the pre-Swift sample). Thick red lines are the

                © NASA/Swift burst analyser                                                                     Kann et al. 2010
                                                                                                                                           Swift-era Golden Sample. The Silver Sample is blue, and the Bronze Sample is black. The large number of early afterglow detections
                                                                                                                                           is evident. Clearly, there are several afterglows that are significantly fainter than the pre-Swift sample. At late times, the non-breaking
                                                                                                                                           afterglow of GRB 060729 (Grupe et al. 2007a) is brighter than any other except for GRB 030329. At very early times, the prompt flash
                                                                                                                                           of the “naked-eye” GRB 080319B (Racusin et al. 2008; Woźniak et al. 2009; Beskin et al. 2009) reaches four magnitudes brighter than
                                                                                                                                           the previous record-holder, GRB 990123. GRB 061007 comes close to the magnitude of the optical flash of GRB 990123, making it the
                                                                                                                                           third-brightest afterglow ever detected. At late times, the afterglow of the nearby GRB 030329 still remains brighter than any other
                                                                                                                                           afterglow discovered since.

                                                                                                                                           Woźniak et al. 2009; Beskin et al. 2009) lies several mag-             cal flash of GRB 990123 (Akerlof et al. 1999). Several
                                                                                                                                           nitudes above all other afterglows. Otherwise, only the
                                                                                                                                           afterglow of GRB 061007 is comparable11 to the opti-                    which is included in our sample), had an early afterglow light curve

                                                                  Emission multi-longueur d’onde
                                                                                                                                                                                                                   (Jelı́nek et al. 2006b) which is almost identical in magnitude and
                                                                                                                                             11 We note that GRB 060117, the burst with the second highest         evolution to the afterglow of GRB 061007. It was very close to the
                                                                                                                                                                                                                   Sun at trigger time and could not be observed spectroscopically,
                                                                                                                                           peak photon flux in the complete Swift sample (after GRB 090424,        therefore, it is not included in our sample.

                                                                  Forte décroissance du flux avec le temps
                                                                  Mesure du redshift spectroscopique dans la contre partie optique du sursaut

                                                                                                            6
I.      SVOM - détecteur de sursauts Gamma

         Galaxie hôtes                                           Mesure des paramètres cosmologiques
         Étude des avant-plans                                   Particules cosmiques ultra-énergétiques
         Connexion supernovas et sursauts gamma                  Taux de formation stellaire à haut redshift (étoiles Pop III)
         Nature des jets et mécanismes d’accélération            Observation d’ondes gravitationnelles (sursauts courts)
                                                                 …

                                                            Space-based Variable Object Monitor
              a                                                                          b
                                                                                       Catégorie des « mini-satellites »

                                                             Distribution cumulative
                                                                                       Charge utile étendue sur l’ensemble du spectre
                                                                                       Diminution du seuil de détection à 4 keV
                                                                                       Réseaux d’alerte et suivi de télescopes robotiques
                                                                                       60% de sursauts détectés avec une mesure de
                                                                                       redshift spectrométrique (30% pour Swift)

     Godet et al. 2009

                                                        7
I.      SVOM - détecteur de sursauts Gamma
         1. Objectifs de la mission

         Galaxie hôtes                                           Mesure des paramètres cosmologiques
         Étude des avant-plans                                   Particules cosmiques ultra-énergétiques
         Connexion supernovas et sursauts gamma                  Taux de formation stellaire à haut redshift (étoiles Pop III)
         Nature des jets et mécanismes d’accélération            Observation d’ondes gravitationnelles (sursauts courts)
                                                                 …

                                                            Space-based Variable Object Monitor
              a                                                                          b
                                                                                       Catégorie des « mini-satellites »

                                                             Distribution cumulative
                                                                                       Charge utile étendue sur l’ensemble du spectre
                                                                                       Diminution du seuil de détection à 4 keV
                                                                                       Réseaux d’alerte et suivi de télescopes robotiques
                                                                                       60% de sursauts détectés avec une mesure de
                                                                                       redshift spectrométrique (30% pour Swift)

                                                                                                        Lancement ~ 2021
                                                                      Objectif de 200 sursauts sur 3 ans de mission
     Godet et al. 2009

                                                        7
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
     1. Objectifs de la mission

                                  SVOM
                                   8
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
     1. Objectifs de la mission

                            ECLAIRs                     MXT
                  [4 - 150] keV                               [0.2 - 10] keV
                   89 x 89 deg                                64 x 64 arcmin
                            GRM                          VT
                 [5.10                                        Bandes V et R
                                                              21 x 21 arcmin

                                              Or
                                                bi t
                                                    e

                                                                      Altitude < 650 km

                                      SVOM
                                                                      Inclinaison ~29°
                                                                      Pointage anti-solaire

                                       8
                                           GWAC                      GFTs
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
     1. Objectifs de la mission

                                          ECLAIRs
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma

       Pas de Collection de lumière
        (grand plan de détection pixélisé)

       Résolution temporelle (10 μs )

       Caméra à masque codé
           Ouverture : 40%
           Distance du masque : 46 cm
           Rapport m/d : 2.6
           Champ de vue : 89°x 89°

       Précision de localisation
       (PSLE < 13 arcmin à 90% de confiance)

       Plan de détection pixelisé DPIX
           6400 détecteurs CdTe 200 modules XRDPIX
           8 secteurs 8 boitiers ELS
           Positions, énergies, temps d’arrivée des photons et multiplicité

       Sensibilité
          ∼ 400 cm2 à 20-50 keV
          ∼ 150 cm2 à 4 keV

                                                               9
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
     1. Instrument ECLAIRs                                                                                    Masque codé

       Pas de Collection de lumière
        (grand plan de détection pixélisé)
                                                                   Blindage
       Résolution temporelle (10 μs )                              auto-porteur

       Caméra à masque codé
           Ouverture : 40%
           Distance du masque : 46 cm
           Rapport m/d : 2.6
           Champ de vue : 89°x 89°
                                                                                                                Plan de détection
                                                                    Plateau froid                                    DPIX
       Précision de localisation
       (PSLE < 13 arcmin à 90% de confiance)

       Plan de détection pixelisé DPIX
           6400 détecteurs CdTe 200 modules XRDPIX                                  Electronique de Lecture
           8 secteurs 8 boitiers ELS                                                Secteur (ELS)
           Positions, énergies, temps d’arrivée des photons et multiplicité

       Sensibilité
          ∼ 400 cm2 à 20-50 keV
          ∼ 150 cm2 à 4 keV

                                                               9
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma

                                             Céramique0ASIC
                                          Capot&&&Futs&de&fixa/on
                                          Cavité&hermé/que
                                          ASIC&IDef=X     Gevin et al. 2009

                                          Support&céramique&routé

                                          Support&céramique&routé

                                          Matrice&détecteurs&CdTe&
                                           4x4x1&mm3&&(Acrorad)
                                          Grille&haute&tension

                                          Céramique0Détecteurs

                                10
I.   SVOM - détecteur de sursauts Gamma
     4. Tête de lecture et chaine de détection

                                                    Céramique0ASIC
                                                 Capot&&&Futs&de&fixa/on
                                                 Cavité&hermé/que
                                                 ASIC&IDef=X     Gevin et al. 2009

                                                 Support&céramique&routé

                                                 Support&céramique&routé

                                                 Matrice&détecteurs&CdTe&
                                                  4x4x1&mm3&&(Acrorad)
                                                 Grille&haute&tension

                                                 Céramique0Détecteurs

                                       10
a                                 b
I.     SVOM - détecteur de sursauts Gamma                       Sor1e8PAC
                                                                                            ts        Sor1e8Filtre8CR=RCn

                                               Amplitude
                                                                                                 tp
                                                                                                      Détecteur8    Max
                                                                                                       de8pic

     Impulsions de tension (PAC) mises en forme

                                                                                Amplitude
                                                                     t
     Filtres CR-RCn avec temps de peaking (tp) variable
                                                                Sor1e8Filtre8
     Amplitude proportionnelle à l’énergie déposée

                                               Amplitude
                                                                  8CR=RCn
                                                                                                                    Seuil
     RSM1 ajout d’un temps mort de 34 µs
                                                                                                                   5%
                                                                                  injec1on détec1on                         t
ASIC IDef-X                                                          t

                                                           12
a                                 b
I.     SVOM - détecteur de sursauts Gamma                       Sor1e8PAC
                                                                                            ts        Sor1e8Filtre8CR=RCn

                                               Amplitude
                                                                                                 tp
        4. Tête de lecture et chaine de détection                                                     Détecteur8    Max
                                                                                                       de8pic

     Impulsions de tension (PAC) mises en forme

                                                                                Amplitude
                                                                     t
     Filtres CR-RCn avec temps de peaking (tp) variable
                                                                Sor1e8Filtre8
     Amplitude proportionnelle à l’énergie déposée

                                               Amplitude
                                                                  8CR=RCn
                                                                                                                    Seuil
     RSM1 ajout d’un temps mort de 34 µs
                                                                                                                   5%
                                                                                  injec1on détec1on                         t
ASIC IDef-X                                                          t

                                                                                                          rSM (34 µs)

                              multiple

                                                           12
II .
Caractéristiques du module

      XRDPIX
II. Caractéristiques du module XRDPIX
     0.    Méthodologie et expérimentation

   Mesure de courant unitaire et après collage sur CD    Développement de codes de simulations, de
   Test de recette des modules XRDPIX contre-collés      logiciels d’analyse et de traitement de données
   Test de caractérisation complète de quelques XRDPIX   Réalisation de scripts de test automatiques
   Essais TANDEM pour l’effet des particules chargées    6 modules XRDPIX caractérisés
   Essais SOLEX pour la mesure d’efficacité              70 configurations différentes
                                                         123 Go de données brutes pour 1972 h de tests
                           TANDEM
                                                                     7 valeurs de
                                                                     5 valeurs de HT [-250 ; -450 V]
                                                                     2 valeurs RSM 0 et 1
SOLEX                                                                Température [-22°C, -20°C, -18°C]

                                                                Banc de test IRAP
II. Caractéristiques du module XRDPIX

                                                 Inconvénients                                                 Avantages
     Instabilité: effet de polarisation                                            Effet photoélectrique dominant
     Mobilité des porteurs de charges                                              Forte densité et large bandgap
     Toxicité                                                                      Contact Schottky : faible courant de fuite

                                                                    ƕ
    VHT < 0

                                                                CATHODE

                   trous (h+)

                                           profondeur
                                           d’interaction
                                                            E
                                                                          d
              électrons (e-)
                                  dérive

                                                        n
                                                    s io
                                                 ffu             ANODE
                                               di

                         Chaine électronique de lecture
              0V

                                                                              15
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   1. Détecteurs CdTe Schottky

                                                 Inconvénients                                                 Avantages
     Instabilité: effet de polarisation                                            Effet photoélectrique dominant
     Mobilité des porteurs de charges                                              Forte densité et large
     Toxicité                                                                      Contact Schottky : faible courant de fuite

                                                                    ƕ
    VHT < 0

                                                                CATHODE

                   trous (h+)

                                           profondeur
                                           d’interaction
                                                            E
                                                                          d
              électrons (e-)
                                  dérive

                                                        n
                                                    s io
                                                 ffu             ANODE
                                               di

                         Chaine électronique de lecture
              0V

                                                                              15
reported
   reported         in literature
               in literature     [1],[1],
                                      [2],[2],
                                             couldcould   be ascribed
                                                     be ascribed           to the
                                                                       to the       electric waswas
                                                                                electric              biased
                                                                                                   biased       at voltages
                                                                                                           at voltages      lowerlower
                                                                                                                                     thanthan
                                                                                                                                            500V.500V.
       field,   we    have   carried     out   an   investigation
   field, we have carried out an investigation of the evolution         of  the  evolution
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   withwith
         timetime    of the
                of the        Pockels
                          Pockels        signals.
                                     signals.
                                                                                                TheThe
                                                                                             deepdeep
                                                                                                           observed
                                                                                                      observed
                                                                                                        level
                                                                                                    level
                                                                                                                         transients
                                                                                                                    transients
                                                                                                                 population
                                                                                                            population
                                                                                                                                    are are
                                                                                                                                  occurring
                                                                                                                             occurring
                                                                                                                                               likely
                                                                                                                                          likely
                                                                                                                                             when
                                                                                                                                                    duedue
                                                                                                                                                  whenthe the
                                                                                                                                                                to the
                                                                                                                                                           to the
                                                                                                                                                                  detector
                                                                                                                                                             detector
                                                                                                                                                                           increase
                                                                                                                                                                      increase      in in
                                                                                                                                                                               is being
                                                                                                                                                                          is being
      TheThe     detector
            detector     hashas
                              beenbeen
                                     keptkept
                                            underunder    a bias
                                                     a bias         voltage
                                                              voltage         of 500V
                                                                          of 500V    for for biased,
       6 hours
   6 hours         at room
              at room         1. Détecteurs CdTe Schottky
                                temperature,
                           temperature,       andand     Pockels
                                                     Pockels          images,
                                                                 images,         shown
                                                                             shown
                                                                                                 biased,
                                                                                      in in Usually,
                                                                                                 Usually,
                                                                                                           through
                                                                                                       through
                                                                                                             trapping
                                                                                                        trapping
                                                                                                                        hole-emission/electron-trapping
                                                                                                                   hole-emission/electron-trapping
                                                                                                                     is aisfaster
                                                                                                                             a faster    process
                                                                                                                                    process     thanthan    emission,
                                                                                                                                                       emission,
                                                                                                                                                                        mechanisms.
                                                                                                                                                                   mechanisms.
                                                                                                                                                                      but but
                                                                                                                                                                            the the
                                                                                                                                                                                 raterate
   Fig.Fig.   3, have
         3, have     been been   acquired
                            acquired          at different
                                         at different     timestimes    ranging
                                                                   ranging     fromfrom
                                                                                      10 10 cancan  be be    slowed
                                                                                                         slowed      by by a lowa low       electron
                                                                                                                                       electron            concentration
                                                                                                                                                      concentration          in inthe the
       minutes      to   4  hours.    Since     the   first  hour     (second
   minutes to 4 hours. Since the first hour (second image) a conduction          image)    a     conduction  band.band.TheThe      midgap
                                                                                                                              midgap             position
                                                                                                                                           position       of of
                                                                                                                                                              the thedeepdeep      levels
                                                                                                                                                                              levels
 Effet
   second demaximum,
       second    polarisation
                  maximum,         closer
                              closer         to anode,
                                        to anode,            appears.
                                                        appears.          Then,
                                                                      Then,        as time involved
                                                                               as time           involvedcancanalsoalso25°C
                                                                                                                      accounts  -300
                                                                                                                          accounts       V
                                                                                                                                    for for    9h very
                                                                                                                                         the the
                                                                                                                                               very   longlong     transients.
                                                                                                                                                              transients.      From From
       passes,
   passes,   the the    expected
                   expected     darkdark
                                       andand      bright
                                              bright        bands
                                                        bands         become
                                                                 become      moremore
                                                                                    andand the the     electric
                                                                                                   electric    fieldfield    profiles,
                                                                                                                        profiles,           interpolated
                                                                                                                                       interpolated             according
                                                                                                                                                           according         to tothe the
       more     evident.     As     previously      said,    fringes
   more evident. As previously said, fringes are due to the described    are   due   to  the     described     procedure,
                                                                                                          procedure,      we we have have    extracted
                                                                                                                                        extracted          relevant
                                                                                                                                                      relevant          time-varying
                                                                                                                                                                   time-varying
          Évolution
       sinusoidal
   sinusoidal              dubetween
                       relation
                  relation       champ
                                   between  électrique
                                                transmitted
                                           transmitted        dans
                                                            intensity  leand
                                                                 intensity volume
                                                                              and      du quantities,
                                                                                    electric
                                                                                electric         quantities,
                                                                                                           suchsuch    as the
                                                                                                                  as the         values
                                                                                                                            values         of the
                                                                                                                                      of the         electric
                                                                                                                                                electric    fieldfield
                                                                                                                                                                   andand      negative
                                                                                                                                                                          negative
       field.
   field. TheThe
          détecteur   procedure
                 procedure  au for   for
                                 cours    reconstructing
                                           du tempsthe the
                                     reconstructing             fieldfield
                                                                        hashas
                                                                             alsoalso
                                                                                   beenbeen charge
                                                                                                 charge    at the
                                                                                                      at the    anode,anode,andand the the    effective
                                                                                                                                         effective           voltage.
                                                                                                                                                        voltage.          Results
                                                                                                                                                                     Results      are are
       applied
   applied        to the
             to the        images
                       images         taken
                                  taken        at different
                                          at different         times,
                                                          times,     andand    profiles
                                                                          profiles   are are showshow   in Fig.
                                                                                                    in Fig.   5. 5.
   shown  Dégradation
       shown     in Fig.
            in Fig.     4; in   de   l’efficacité
                            4; particular,
                               in particular, Fig.Fig. de   détection
                                                         4a refers
                                                     4a refers          to field
                                                                   to field       behavior From
                                                                              behavior              From Fig.Fig.
                                                                                                                5a, 5a,
                                                                                                                      it isit evident
                                                                                                                               is evident  that,that,
                                                                                                                                                    as asthe the
                                                                                                                                                               biasbias      voltage
                                                                                                                                                                       voltage      is is
       during
   during   the the
                 firstfirst  50 minutes,
                         50 minutes,     whilewhileFig.Fig.   4b shows
                                                         4b shows      datadata   upsix
                                                                              up to   to six applied,
                                                                                                 applied,
                                                                                                        the the   value
                                                                                                              value         of the
                                                                                                                       of the         electric
                                                                                                                                 electric    fieldfield   at the
                                                                                                                                                     at the    anodeanode     increases
                                                                                                                                                                        increases
          Altération
       hours
   hours        of biasing.
           of biasing.
                            du    spectre      de    photons
                                                                                             for for
                                                                                                  fewfew    hours,
                                                                                                       hours,    thenthen    it bends
                                                                                                                        it bends          to reach
                                                                                                                                     to reach          saturation.
                                                                                                                                                   saturation.     TheThe      negative
                                                                                                                                                                         negative
                                                                                                               charge
                                                                                                           charge         at the
                                                                                                                     at the        anode
                                                                                                                               anode    alsoalso     increases
                                                                                                                                                increases      withwithtime, time,
                                                                                                                                                                                from from     x 10x111011
                                                                                                                                                                                        5.9 5.9
                    12 12                                     18 18                                        cm-3cmto-3 3.2
                                                                                                                      to 3.2x 10       12 -3 -3
                                                                                                                                 x1210cm   cm, and    the the
                                                                                                                                                  , and     transient
                                                                                                                                                                transient  is well-fitted
                                                                                                                                                                                is well-fitted by by
                                                                                                                                                                                                   an an
                                                                                                           exponential
                                                                                                               exponential   associate
                                                                                                                                  associate function
                                                                                                                                                 function  withwith
                                                                                                                                                                  a timea time  constant
                                                                                                                                                                                     constant of the
                                                                                                                                                                                                  of the
                                             10min10min                                  1h 1h
                                             20min20min       15 15                      2h 2h             order  of six
                                                                                                               order        hour.
                                                                                                                        of six      Consistently
                                                                                                                                hour.    Consistently   withwith
                                                                                                                                                               the the
                                                                                                                                                                     fieldfield
                                                                                                                                                                              saturation
                                                                                                                                                                                  saturation andand
                                                                                                                                                                                                  the the
                                             30min30min                                  3h 3h             charge
                                                                                                               chargeincrease
                                                                                                                          increase at the
                                                                                                                                        at theanode,
                                                                                                                                                   anode,we we observe
                                                                                                                                                                   observe   a decrease
                                                                                                                                                                                  a decrease  of the
                                                                                                                                                                                                  of the
   Champ électrique (kV/cm)

                                                                           (kV/cm)

                      9 9                    40min                                       4h 4h
                Electric field (kV/cm)

                                                        Electric field (kV/cm)

                                                  40min                                                    effective     potential      difference       between        anode      andand   cathode,
                Electric field (kV/cm)

                                                                  field (kV/cm)

                                                                                                               effective      potential      difference       between         anode             cathode,
                                             50min50min       12 12                      5h 5h
                                                                                         6h 6h
                                                                                                           evaluated
                                                                                                               evaluated   by bythe thenumerical
                                                                                                                                            numerical    integral
                                                                                                                                                              integral of of  the the
                                                                                                                                                                                    fieldfieldprofile
                                                                                                                                                                                                  profile
                                                        Electricélectrique

                                                                                                           between
                                                                                                               between  the the
                                                                                                                              twotwo electrodes
                                                                                                                                          electrodes  (Fig.    5c).5c).
                                                                                                                                                           (Fig.      Indeed,
                                                                                                                                                                            Indeed,afteraftera slight
                                                                                                                                                                                                a slight
                      6 6                                       9 9                                        increase
                                                                                                               increaseof the    effective
                                                                                                                            of the    effective potential
                                                                                                                                                    potential during
                                                                                                                                                                  during the the
                                                                                                                                                                               firstfirst
                                                                                                                                                                                       60 minutes,
                                                                                                                                                                                            60 minutes,
                                                                                                           it follows
                                                                                                               it follows  a marked
                                                                                                                                a marked   dropdrop  to V~380
                                                                                                                                                          to V~380    V after
                                                                                                                                                                            V after 6 hours.
                                                                                                                                                                                         6 hours. As As
                                                                                                           observed
                                                                                                               observed in the    previous
                                                                                                                             in the    previous sub-section,
                                                                                                                                                     sub-section, it appears
                                                                                                                                                                        it appears thatthat
                                                                                                                                                                                          the the
                                                                                                                                                                                               space
                                                                                                                                                                                                   space
                                                        Champ

                                                                6 6
                      3 3                                                                                  charge
                                                                                                               chargeplays   a key
                                                                                                                          plays       rolerole
                                                                                                                                  a key        Toyama
                                                                                                                                              in  screeninget al.
                                                                                                                                                   in screening the2006electric
                                                                                                                                                                      the          field,
                                                                                                                                                                             electric       andand
                                                                                                                                                                                        field,   thisthis
                                                                3 3                                        effect  is emphasized
                                                                                                               effect   is emphasized    withColatimetime
                                                                                                                                               with    etbecause
                                                                                                                                                               2009of the
                                                                                                                                                           al.because           charge
                                                                                                                                                                           of the    chargeincrease.
                                                                                                                                                                                               increase.
                                                                                                           Instability
                                                                                                               Instability  phenomena,
                                                                                                                                phenomena,generally   generally  termedtermed   as as  polarization
                                                                                                                                                                                            polarization
                          (a) (a)                                  (b) (b)
                                                                                                           phenomena,
                                                                                                               phenomena,     characterized
                                                                                                                                   characterized    by bya progressive
                                                                                                                                                              a progressive      degradation
                                                                                                                                                                                      degradation  of of
                      0 0                                       0 0
                          0.0 0.0
                               0.2 0.2
                                   0.4 0.4
                                         0.6 0.6
                                              0.8 0.8
                                                    1.0 1.0       0.0 0.0
                                                                       0.2 0.2
                                                                            0.4 0.4
                                                                                 0.6 0.6
                                                                                      0.8 0.8
                                                                                           1.0 1.0         energy
                                                                                                               energyresolution
                                                                                                                          resolutionandanda shifting
                                                                                                                                                a shiftingof the   photo-peak
                                                                                                                                                               of the    photo-peak   towards    lowlow
                                                                                                                                                                                           towards
                      Distance    from
                            Distance
                          Distance        Anode
                                       from
                                    à l’anode Anode
                                                (mm)(mm)(mm) Distance      from
                                                                    Distance      Anode
                                                                               from
                                                                        Distance          (mm)
                                                                                      Anode
                                                                                  à l’anode    (mm) energy
                                                                                             (mm)
                                                                                                               energy withwithtimetimeafterafter
                                                                                                                                               applying
                                                                                                                                                    applying  biasbias
                                                                                                                                                                     voltage,
                                                                                                                                                                            voltage,were werealready
                                                                                                                                                                                                 already
                 Fig. Fig.
                        4. Reconstructed    fieldfield
                             4. Reconstructed      profiles fromfrom
                                                       profiles   anode  to cathode:
                                                                      anode          (a) during
                                                                             to cathode:         the the observed
                                                                                         (a) during            observed  several
                                                                                                                             severalyearsyearsagoago in CdTe
                                                                                                                                                          in CdTe detectors
                                                                                                                                                                        detectors [14][14]equipped
                                                                                                                                                                                               equipped
              first first
                     50 minutes;    (b) during
                           50 minutes;           the remaining
                                        (b) during                5 hours.
                                                      the remaining         The The
                                                                      5 hours.   applied voltage
                                                                                     applied       is16 is with
                                                                                              voltage            evaporated
                                                                                                               with    evaporated  aluminum
                                                                                                                                        aluminum    electrodes
                                                                                                                                                         electrodes [15],     [16][16]
                                                                                                                                                                          [15],      andand recently
                                                                                                                                                                                                recently
              500V.
                 500V.
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   1. Détecteurs CdTe Schottky

 Critères de sélection      (Thèse N. Remoué 2010)        Taux de succès
    Corrélation du courant de fuite avec la température        91.27 %
    Résolution spectrale acceptable                            88.03 %
    Stabilité du courant de fuite sur 2h                       95.32 %
                                                     17
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   1. Détecteurs CdTe Schottky

 Critères de sélection      (Thèse N. Remoué 2010)        Taux de succès
    Corrélation du courant de fuite avec la température        91.27 %
    Résolution spectrale acceptable                            88.03 %
    Stabilité du courant de fuite sur 2h                       95.32 %
                                                     17
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   1. Détecteurs CdTe Schottky

 Critères de sélection      (Thèse N. Remoué 2010)        Taux de succès
    Corrélation du courant de fuite avec la température        91.27 %
    Résolution spectrale acceptable                            88.03 %
    Stabilité du courant de fuite sur 2h                       95.32 %
                                                     17
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   1. Détecteurs CdTe Schottky

               7267 DÉTECTEURS
                            disponibles sélectionnés
                                 17
II. Caractéristiques du module XRDPIX

                                                                                                         Relation de Hecht

             A545Profondeur5d’interac=on5x05=52/355d                  B545Profondeur5d’interac=on5x05=5d/2

                          µn!n                                                               µn!n

                                                                    I(t)
      I(t)

              électrons                                                        électrons

                                          µp!p                                                             µp!p
                             trous                                                           trous

                                                         t                                                             t

     Nq/CF                                                          Nq/CF
                                                       ΔQ5pertes5                                                   ΔQ5pertes5
                                                                                                     +
                                     h+                                                          h

                                                                     Vout
      Vout

                                                                                +
                 +

                                                                                +5h
                 +5h

                                                                            e 54
             e 54

                       tvn                       tvp     t                                 tvn                tvp      t

                                                              18
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   2. Réponse spectrale

                                                                                                         Relation de Hecht

             A545Profondeur5d’interac=on5x05=52/355d                  B545Profondeur5d’interac=on5x05=5d/2

                          µn!n                                                               µn!n

                                                                    I(t)
      I(t)

              électrons                                                        électrons

                                          µp!p                                                             µp!p
                             trous                                                           trous

                                                         t                                                             t

     Nq/CF                                                          Nq/CF
                                                       ΔQ5pertes5                                                   ΔQ5pertes5
                                                                                                     +
                                     h+                                                          h

                                                                     Vout
      Vout

                                                                                +
                 +

                                                                                +5h
                 +5h

                                                                            e 54
             e 54

                       tvn                       tvp     t                                 tvn                tvp      t

                                                              18
II. Caractéristiques du module XRDPIX

                                            Relation de Hecht

      a                                 b

                               19
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   2. Réponse spectrale

                                            Relation de Hecht

      a                                 b
      1/2 FWHM

      Centroïde

     Asymétrie

                               19
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   2. Réponse spectrale
                                        Évolution de l’asymétrie de la raie
                                                    à 59.54 keV (241Am)

                               20
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   2. Réponse spectrale
                                        Évolution de l’asymétrie de la raie
                                                    à 59.54 keV (241Am)

       Pertes balistiques                  Pertes de charges

                               20
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   2. Réponse spectrale

                                      Homogénéité des produits mobilité -
                                 durée de vie (µ!) des porteurs de charges

                   HT: - 450 V                                 Tp: 6.8 µs

                                 21
II. Caractéristiques du module XRDPIX

              Injection de 4 charges étalons sur l’entrée Vtest (32 voies XRDPIX)
              Ajustement gaussien des raies du spectre échantillonné dans le temps.
              Calcul du gain et de l’offset (relation linéaire charge injectée - énergie codée)
   GAIN

                                             22
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   3. Relation canal - énergie

                Injection de 4 charges étalons sur l’entrée Vtest (32 voies XRDPIX)
                Ajustement gaussien des raies du spectre échantillonné dans le temps.
                Calcul du gain et de l’offset (relation linéaire charge injectée - énergie codée)
   GAIN

                                               22
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   3. Relation canal - énergie

           Dérive des coefficients avec le courant de fuite des détecteurs
           Évolution de la dérive des coefficients dans le temps
           Déplacement du centroïde contenu dans un canal du spectre
           Importance de l’évolution de l’offset pour des photons près du seuil de détection

                                               23
II. Caractéristiques du module XRDPIX

                                                             Céramiques ASIC
                               Injection de charges étalons sur l’entrée Vtest
                               Calcul du gain de la voie en fC/mV
                               Calcul du bruit ENC par un ajustement gaussien

                               24
E 2 = 2.352 F ‘w E“ + 2.352 ‘2w ENCtot 2 +    2
                                                    Epertes                                               (4.2)
  II. Caractéristiques du module XRDPIX
où F est le
          4.facteur de Fano,
               Qualité   de  E“ l’énergie des photons incidents, ‘w l’énergie de création
                             l’hybridation
de paires et Epertes
                  2
                       traduisant les pertes de charge. La contribution du bruit total
de la chaine s’explicite sous la forme :                                          Céramiques ASIC
                                                   Injection de charges étalons sur l’entrée V
                    2 1
      ENCtot 2                  2
              = –s Ctot + –1/f Ctot + –// Il ts    Calcul du gain de la voie en fC/mV(4.3)
                       ts
                                                   Calcul du bruit ENC par un ajustement gaussien
    La distribution des résolutions de la raie de 59.54 keV du spectre d’ 241 Am est
particulièrement intéressante pour tracer l’évolution du bruit en fonction des para-
mètres instrumentaux. Le terme Epertes régulièrement utilisé dans la littérature
reflète la variabilité de la quantité de paires électron-trou collectées inhérant aux
pertes de charges par des mécanismes de recombinaison, de piégeage ou de temps
de collection trop court. Dans le cas où les pertes de charges sont conséquentes la

                                                     F        4.5 – Superposition de 32 spectres d’241 Am réa-
                                                     lisés en phase de recette sur l’XRDPIX 5 à une tension
                                                     de -400V avec un temps de sommet de 2.6µs. Les prin-
                                                     cipales raies d’émission de la source sont produites par
                                                     (1) - transition L1 du 237 Np (11.89 keV), (2) - transition
                                                     L– du 237 Np (13.9 keV), (3) - transition L—÷ du 237 Np
                                                     (17.8 keV), (4) : transition L“ du 237 Np (20.82 keV), (5),
                                                     (6’) et (9) - Désexcitation de l’241 Am (26.34, 33.2 et 59.54
                                                     keV). D’autres raies instrumentales sont présentes (6) -
                                                     Raie d’échappement K– du tellure (59.54-27.5 keV), (7) -
                                                     Raie d’échappement du cadmium (59.54-23.2 keV) et (8)
                                                     - Rétrodiffusion des photons de 59.54 keV. Ces spectres
                                                            24
                                                     ne comptabilisent   que des événements simples aussi, les
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   4. Qualité de l’hybridation
                                                              Céramiques ASIC
                                 Courant de compensation théorique : 20 pA
                                 Capacité total d’entrée du PAC attendue : 5.6 pF
                                                                   Gevin et al. 2009

                                  25
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   4. Qualité de l’hybridation

  Céramiques Détecteurs

                  Avant collage
                  Après collage

   Apparition de caractéristiques I-V non linéaires sur
   33% des voies à -20°C
   Augmentation du nombre de détecteurs présentant
   une décroissance du courant de fuite dans le temps.

                                                    26
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   4. Qualité de l’hybridation

  Céramiques Détecteurs

                             Avant collage
                             Après collage

      Augmentation significative du courant de
      fuite médian après collage des détecteurs
      Diminution du courant de fuite après
      dégazage sous vide pendant 48h à 60°C
                                                  27
actions, principalement de nature photoélectrique. Ces grandeurs instrumentales
 sont calculées à partir d’observables spectrales telles que la résolution en énergie ou
II.le centroïde.
       Caractéristiques    du  module   XRDPIX
                 Rappelons que la largeur à mi-hauteur d’une raie dépourvue de raies
        4. Qualité
 satellites         de l’hybridation
             non résolues  correspond à la somme quadratique de l’ensemble des bruits
 du module de détection :                                   Bruit total XRDPIX
      E 2 = 2.352 F ‘w E“ + 2.352 ‘2w ENCtot 2 +
   FWHM                                                  2
                                                        Epertes                     (4.2)

où F est le facteur de Fano, E“ l’énergie des photons incidents, ‘w l’énergie de création
de paires et Epertes
                  2
                       traduisant les pertes de charge. La contribution du bruit total
de la chaine s’explicite sous la forme :

             2       2     1          2
      ENCtot =   –s Ctot      + –1/f Ctot + –// Il ts                               (4.3)
                           ts

    La distribution des résolutions de la raie de 59.54 keV du spectre d’ 241 Am est
particulièrement intéressante pour tracer l’évolution du bruit en fonction des para-
mètres instrumentaux. Le terme Epertes régulièrement utilisé dans la littérature
reflète la variabilité de la quantité de paires électron-trou collectées inhérant aux
pertes de charges par des mécanismes de recombinaison, de piégeage ou de temps
de collection trop court. Dans le cas où les pertes de charges sont conséquentes la

                                                  28
actions, principalement de du     module
                                nature       de détection : Ces grandeurs instrumentales
                                         photoélectrique.
 sont calculées à partir d’observables spectrales telles que la résolution en énergie ou
II.le centroïde.
       Caractéristiques    du  module     2XRDPIX
                                            = 2.35 2
                 Rappelons que la largeur à mi-hauteur d’une
                                        E            F ‘ w E“ + 2.352 2
                                                                     ‘  ENC  tot
                                                                                 2
                                                                                   +
                                                                       w raie dépourvue
                                                                                     E 2
                                                                                       pertesde raies
        4. Qualité
 satellites         de l’hybridation
             non résolues  correspond à la somme quadratique de l’ensemble des bruits
 du module de détection :       où F est le facteur de Fano, E“ l’énergie des photons incidents
                                de paires et Epertes
                                                  2
                                                          traduisantBruit   total de
                                                                       les pertes   XRDPIX
                                                                                      charge. La con
      FWHM                      de2la
          E 2 = 2.352 F ‘ E + 2.35    chaine 2s’explicite
                                   ‘2 ENC       + E 2 sous la forme :                           (4.2)
                       w   “          w      tot        pertes

                                               2       2 1           2
où F est le facteur de Fano,           ENC       =
                                E“ l’énergietotdes photons
                                                   – C
                                                    s tot    + –1/f tot +‘–
                                                             incidents,
                                                                   C         l’énergie
                                                                          w //     de création
                                                                               Il ts
                                                          ts
de paires et Epertes
                  2
                       traduisant les pertes de charge. La contribution du bruit total
de la chaine s’explicite sous la forme   :
                                  La distribution    des résolutions de la raie de 59.54 keV
                              particulièrement intéressante pour tracer l’évolution du bru
                     2 1      mètres
              2
      ENCtot = –s Ctot + –1/f      2
                                Ctot +instrumentaux.
                                        –// Il ts          Le terme Epertes régulièrement        ut
                                                                                             (4.3)
                        ts    reflète la variabilité de la quantité de paires électron-trou
                              pertes de charges par des mécanismes de recombinaison,              d
    La distribution des résolutions    de latrop
                              de collection     raiecourt.
                                                     de 59.54
                                                           DanskeV   du où
                                                                 le cas spectre  d’ de
                                                                                    241
                                                                           les pertes   Amchargest
particulièrement intéressante pour tracer l’évolution du bruit en fonction des para-
mètres instrumentaux. Le terme Epertes régulièrement utilisé dans la littérature
reflète la variabilité de la quantité de paires électron-trou collectées inhérant aux
pertes de charges par des mécanismes de recombinaison, de piégeage ou de temps
de collection trop court. Dans le cas où les pertes de charges sont conséquentes F              la
                                                                                        4.5 – Superp
                                                                                     lisés en phase de re
                                                                                     de -400V avec un te
                                                                                     cipales raies d’émis
                                                                                     (1) - transition L1 d
                                                                                     L– du 237 Np (13.9
                                                                                     (17.8 keV), (4) : tran
                                                   28
                                                                                     (6’) et (9) - Désexcit
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   4. Qualité de l’hybridation
                                                                          Bruit total XRDPIX

                            Bruit total de l’XRDPIX cohérent avec les performances CA
                            Augmentation significative du courant de fuite après contre-collage
                            Capacité total d’entrée du PAC : ~ 8 pF

                                                                                            241
                                                                                               Am
                       pF           pF
                 6.
                   2            8                                                             Vtest
                                                                                           - 450V

            CA                                                       CD

                                                   29
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   4. Qualité de l’hybridation
                                                                    Seuil bas physique

                    Acquisition du spectre de bruit d’obscurité voie par voie
                    Ajustement gaussien de l’épaule à haute énergie
                    Calcul de la distribution cumulative de coups due au bruit électronique

                                           30
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   4. Qualité de l’hybridation
                                                                     Seuil bas physique

                    Procédure chronophage ~ 156 h de test par XRDPIX
                    Seuils bas physiques mesurés de manière « instantanée »
                    Corrélation entre seuil bas physique et résolution spectrale

                                           31
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
    4. Qualité de l’hybridation
                                               Bruit total et seuil bas

                                  32
II. Caractéristiques du module XRDPIX

    Faible efficacité quantique pour Eɣ < 5 keV
    Nécessite de connaitre le nombre de photons
    provenant de la source
    Différences de surfaces (respect des tolérances)
    Variation de l’épaisseur de la couche de Pt

                                                            Position sur l’XRDPIX

                                                       33
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages

    Faible efficacité quantique pour Eɣ < 5 keV
    Nécessite de connaitre le nombre de photons
    provenant de la source
    Différences de surfaces (respect des tolérances)
    Variation de l’épaisseur de la couche de Pt

                                                            Position sur l’XRDPIX

                                                       33
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages
                                            Temps d’arrivée des photons

                                             t

                                                 241
                    Datation : 10 µs               Am (400 kBq)

                                       34
dans le pixel étudié de telle sorte q
II. Caractéristiques du module XRDPIX                 vérifier son caractère poissonnien
     5. Uniformité des comptages                      une simulation numérique (en v
                                                      respondant au nombre de coups
                                                     Temps d’arrivée des photons
                                                      suivante (Berkson, 1975) :
                    Δt                                                       A       B
                                                                               1
                                                           P ( t Ø t) = exp ≠
                                                       t                      µ· t
                                                           La distribution d’événements
                                                      le taux
                                                          241
                                                                  de coups moyen µ· mesu
                             Datation : 10 µs                Am (400 kBq)
                                                      d’événements détectés dans le pi
                                                      de Kolmogorov-Smirnov me donn
                                                      distributions suivent la même loi
                                                      tion où les instabilités se dévelop
                                                      quasi nulle que les deux distribu
                                                      ment (en rouge) de la partie supé
                                                      230 ms en utilisant la relation (
                                                      Je trouve une valeur µ· = 11.8 cp
                                                      la source d’241 Am. Cette distribut
                                                      des intervalles de temps d’arrivée
                                                      plémentaire pour caractériser le
 Validation de la datation
                                                34    en dessous duquel l’écart entre la
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages

   Apparition de coups « non-poissonniens » dans certaines configurations pour les voies 8 et 16
   Taux de multiples produit par la voie 8 anormalement élevé (impact comptage en mode single events)
   Rétroaction du signal Trigger 30 et 60 µs après le déclenchement de l’ASIC
   Forte influence du paramètre RSM (mltp ~ 1% en RSM1)
                                                                                             l 8 et   16
                                                                                     P i x e
                                                                   241
                              Datation : 10 µs                        Am (400 kBq)

                                                   35
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages
                                             Perturbations
   Apparition de coups « non-poissonniens » dans certaines configurations pour les voies 8 et 16
   Taux de multiples produit par la voie 8 anormalement élevé (impact comptage en mode single events)
   Rétroaction du signal Trigger 30 et 60 µs après le déclenchement de l’ASIC
   Forte influence du paramètre RSM (mltp ~ 1% en RSM1)
                                                                                             l 8 et   16
                                                                                     P i x e
                                                                   241
                              Datation : 10 µs                        Am (400 kBq)

                                                   35
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages
                                      Instabilités du taux de comptage

                                                   12.5 % des voies testées

                                 36
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages
                                                          Instabilités du taux de comptage
   Apparition d’un excès dans la distribution des différences de temps d’arrivée des événements
   Indépendance vis à vis du taux de coups ou du nombre de voies autorisées à déclencher
   Répartition aléatoire des voies instables d’un XRDPIX à l’autre
   Forte influence de la haute tension

                                                                    241
                               Datation : 1 ms                        Am (400 kBq)

                                                    37
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages
                                      Instabilités du taux de comptage

                                 38
II. Caractéristiques du module XRDPIX
   5. Uniformité des comptages
                                               Instabilités du taux de comptage

                     stable              i on I n s table
                i on                  rat
    Configu
            ra t              Configu
                                        38
III .

          DPIX
Optimisation des performances
              &
      Opérabilité en vol

              39
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
    1. Effet de polarisation

       Phénomène réversible après coupure de la HT
       Influence exponentielle de la température (dépiégeage de trous majoritaires)
       Dépendance de la tension de polarisation sur la taille de la zone de déplétion

                                                                                 15 h
                        -18°C -200 V 24h
                                                                                        241
                                                                                          Am
                                                                                          55
                                                                                               Fe

                                                      -18°C -200 V 24h

                                                 40
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol

  Validation du codage des évènements saturants par la chaine
  électronique de lecture
 Particules α (30 MeV) : re-déclenchements dans 26.5% des cas en
 RSM0 contre 6.5% en RSM1. Protons (20 MeV) ~ 2.6% en RSM1
 Temps de « desaturation » dépendant de l’énergie déposée
 Réponse spectrale des détecteurs inaltérée
                                                     41
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
     2. Effet des particules chargées

  Validation du codage des évènements saturants par la chaine
  électronique de lecture
 Particules α (30 MeV) : re-déclenchements dans 26.5% des cas en
 RSM0 contre 6.5% en RSM1. Protons (20 MeV) ~ 2.6% en RSM1
 Temps de « desaturation » dépendant de l’énergie déposée
 Réponse spectrale des détecteurs inaltérée
                                                     41
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol

                                                                                  Méthodologie

  a                             b

         Acquisition des données
         (spectres, courbes de lumières, distribution des temps d’arrivée etc.)
         Extraction des observables
         (Résolution spectrale, seuil bas, taux de multiples, variabilité etc.)
         Évolution des observables en fonction des paramètres instrumentaux
         Suivi d’indicateurs statistiques calculés à partir des distributions

                                                       42
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
      3. Zone de fonctionnement des XRDPIX
                                                                                    Méthodologie

  a                               b

           Acquisition des données
           (spectres, courbes de lumières, distribution des temps d’arrivée etc.)
           Extraction des observables
           (Résolution spectrale, seuil bas, taux de multiples, variabilité etc.)
           Évolution des observables en fonction des paramètres instrumentaux
           Suivi d’indicateurs statistiques calculés à partir des distributions

                                                         42
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
     3. Zone de fonctionnement des XRDPIX

 Bruit total et seuil bas              Instabilités du taux de comptage

                                  43
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
    3. Zone de fonctionnement des XRDPIX
                                              Multiplicité pixels 8 et 16
   RSM0                                RSM1

                                  44
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
    3. Zone de fonctionnement des XRDPIX

                                  45
III. Optimisation des performances et Opérabilité en vol
    3. Zone de fonctionnement des XRDPIX

    RSM1                                       Seuil Bas < 4 keV

                                               Aucune instabilité du taux de comptage

                                               Multiplicité pixel 8 et 16 nominale

                                       Configuration stable testée à -18°C sur 24 h

                                  45
IV .

CONCLUSIONS

     46
IV. Conclusions
    1. Bilan
                                  Réponse de l’XRDPIX au exigences scientifiques ?

                  Performances et homogénéité des détecteurs sélectionnés pour le modèle de vol
                  Contrôle de la qualité du processus d’hybridation après collage et contre-collage
                  Propriétés de collection de charge acceptables, produits µ! homogènes
                  Dérive du gain et de l’offset de l’ASIC limitée dans un canal du spectre pour Eɣ < 100 keV
                  Comptages homogènes dans les erreurs pour Eɣ > 10 keV

                  Courants significativement plus importants après contre-collage
                  Identification d’une rétroaction du signal Trigger sur les comptages des pixels 8 et 16
                  Instabilité du taux de comptage pour des voies avec un fort courant de fuite

                            Optimisation des performances et opérabilité en vol ?

                  Acquisition de données photons dans 70 configurations pour 6 XRDPIX
                  Zone de fonctionnement stable identifiée sur des critères statistiques acceptables
                  Effet de polarisation négligeable à -18°C et -200 V pendant au moins 24 h
                  Effet des particules chargées limité en RSM1 pour Tp < 4.4 µs (re-declenchement)

                                                  47
IV. Conclusions
    1. Bilan
                                  Réponse de l’XRDPIX au exigences scientifiques ?

                  Performances et homogénéité des détecteurs sélectionnés pour le modèle de vol
   Succès
                  Contrôle de la qualité du processus d’hybridation après collage et contre-collage
                  Propriétés de collection de charge acceptables, produits µ! homogènes
                  Dérive du gain et de l’offset de l’ASIC limitée dans un canal du spectre pour Eɣ < 100 keV
                  Comptages homogènes dans les erreurs pour Eɣ > 10 keV

                  Courants significativement plus importants après contre-collage
  Points durs
                  Identification d’une rétroaction du signal Trigger sur les comptages des pixels 8 et 16
                  Instabilité du taux de comptage pour des voies avec un fort courant de fuite

                            Optimisation des performances et opérabilité en vol ?

                  Acquisition de données photons dans 70 configurations pour 6 XRDPIX
                  Zone de fonctionnement stable identifiée sur des critères statistiques acceptables
                  Effet de polarisation négligeable à -18°C et -200 V pendant au moins 24 h
                  Effet des particules chargées limité en RSM1 pour Tp < 4.4 µs (re-declenchement)

                                                  47
IV. Conclusions

    Étude de l’influence du dégazage sur les performances d’un XRDPIX
    Test de solutions matérielles pour mieux comprendre les instabilités
    Test de la zone de fonctionnement sur le prototype du DPIX (50 modules)
    Simulation et mesure de l’impact du RSM1 sur le temps mort à 105 coups /s sur la caméra

    Mise en place de mesures d’efficacité quantique sur entre 4 et 80 keV
    pour produire la matrice d’efficacité à implémenter dans l’UGTS

    Optimiser les bases de donnée de spectres pour calculer la distribution
    des produits µ! des détecteurs de vol

    Améliorer le modèle de réponse spectrale des XRDPIX pour calculer
    la première RMF et faire des prédictions de performances scientifiques

                                                     48
IV. Conclusions
    1. Perspectives
                                                                           Court terme
    Étude de l’influence du dégazage sur les performances d’un XRDPIX
    Test de solutions matérielles pour mieux comprendre les instabilités
    Test de la zone de fonctionnement sur le prototype du DPIX (50 modules)
    Simulation et mesure de l’impact du RSM1 sur le temps mort à 105 coups /s sur la caméra

                                                                           Moyen terme

    Mise en place de mesures d’efficacité quantique sur entre 4 et 80 keV
    pour produire la matrice d’efficacité à implémenter dans l’UGTS

    Optimiser les bases de donnée de spectres pour calculer la distribution
    des produits µ! des détecteurs de vol

    Améliorer le modèle de réponse spectrale des XRDPIX pour calculer
    la première RMF et faire des prédictions de performances scientifiques

                                                     48
MERCI
IV. Conclusions
    1. Perspectives
                                                                           Court terme
    Étude de l’influence du dégazage sur les performances d’un XRDPIX
    Test de solutions matérielles pour mieux comprendre les instabilités
    Test de la zone de fonctionnement sur le prototype du DPIX (50 modules)
    Simulation et mesure de l’impact du RSM1 sur le temps mort à 105 coups /s sur la caméra

                                                                           Moyen terme

    Mise en place de mesures d’efficacité quantique sur entre 4 et 80 keV
    pour produire la matrice d’efficacité à implémenter dans l’UGTS

    Optimiser les bases de donnée de spectres pour calculer la distribution
    des produits µ! des détecteurs de vol

    Améliorer le modèle de réponse spectrale des XRDPIX pour calculer
    la première RMF et faire des prédictions de performances scientifiques

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Bruit total et seuil bas

Valeur médiane   Proportion de détecteurs non conformes
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