École Doctorale de Physique et Chimie Physique

profil-zyak-2012 - Ulrich Goerlach

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Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
École Doctorale de Physique et Chimie Physique UDS - IPHC THÈSE présentée pour obtenir le grade de Docteur de l'Université de Strasbourg Discipline : Électronique, Électrotechnique, Automatique Spécialité : Micro-électronique par Mokrane DAHOUMANE Conception, Réalisation et Caractérisation de l'Électronique Intégrée de Lecture et de Codage des Signaux des Détecteurs de Particules Chargées à Pixels Actifs en Technologie CMOS Soutenue publiquement le 03 novembre 2009 Membres du jury Directeur de thèse : M. Yann Hu, Professeur, ULP Strasbourg Rapporteur interne : M. Ulrich Goerlach, Professeur, ULP Strasbourg Rapporteur externe : M. Pierre Magnan, Professeur, ISAE, Toulouse Rapporteur externe : M. Gilles Sicard, Maître de conférences, TIMA, Grenoble Examinateur : M. Daniel Dzahini, Ingénieur de recherche, LPSC, Grenoble Examinateur : M. Marc Winter, Directeur de recherche, IPHC, Strasbourg Membre invité : M. Dominique Dallet, Professeur, IMS, Bordeaux IPHC – Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien UMR 7178 N° d'ordre : 341

travail de recherche

thèse de doctorat

toulouse rapporteur externe

isae de toulouse

pixels actifs

conception des capteurs cmos

service de micro

rapporteur interne

Sujets

Capteur photographique

Bouvier

Christine

Molinet

Informations

Publié par	profil-zyak-2012
Publié le	01 novembre 2009
Nombre de lectures	93
Langue	Français
Poids de l'ouvrage	10 Mo

Extrait

N° d’ordre : 341

École Doctorale de Physique et Chimie Physique

UDS - IPHC

THÈSE

présentée pour obtenir le grade de

Docteur de l’Université de Strasbourg

Discipline : Électronique, Électrotechnique, Automatique

Spécialité : Micro-électronique

par

Mokrane DAHOUMANE

Conception, Réalisation et Caractérisation de
l’Électronique Intégrée de Lecture et de Codage des
Signaux des Détecteurs de Particules Chargées à Pixels
Actifs en Technologie CMOS

Soutenue publiquement le 03 novembre 2009

Membres du jury

Directeur de thèse : M. Yann Hu, Professeur, ULP Strasbourg
Rapporteur interne : M. Ulrich Goerlach, Professeur, ULP Strasbourg externe : M. Pierre Magnan, Professeur, ISAE, Toulouse : M. Gilles Sicard, Maître de conférences, TIMA, Grenoble
Examinateur : M. Daniel Dzahini, Ingénieur de recherche, LPSC, Grenoble
Examinateur : M. Marc Winter, Directeur de recherche, IPHC, Strasbourg
Membre invité : M. Dominique Dallet, Professeur, IMS, Bordeaux

IPHC – Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien UMR 7178
i

REMERCIEMENTS
Toute ma gratitude à M. Marc Winter, responsable scientifique du groupe Capteur
CMOS à l’IPHC (Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien) de Strasbourg, qui m’a accepté
dans son groupe et a réuni tous les moyens nécessaires à l’aboutissement de mes travaux de
thèse. Je le remercie pour sa confiance, sa disponibilité et sa relecture attentive de ce
manuscrit. Ses conseils et ses compétences m’ont été une réelle source d’inspiration pour mes
travaux de recherche dans cette thèse.
Tous mes remerciements à M. Daniel Dzahini, pour les conseils, les recommandations
sur la conception de circuits et le soutien qu’il m’a réservés au LPSC (Laboratoire de
Physique Subatomique et de Cosmologie) de Grenoble, où j’ai réalisé une partie de ma thèse.
Je remercie mon Directeur de thèse M. Yann Hu pour ses conseils et
recommandations. Il m’a offert, à la fois, sa pleine disponibilité et une totale autonomie
d’orientation de mes de travaux de recherche.
J’adresse tous mes remerciements à l’ensemble des membres du jury. Je remercie M.
Pierre Magnan, Professeur à l’ISAE de Toulouse, de m’avoir honoré de présider le jury et
d’être rapporteur de ma thèse. Je remercie également M. Gilles Sicard, Maître de conférences
à l’UJF de Grenoble, et M. Ulrich Goerlach, Professeur à l’Université de Strasbourg pour
avoir accepté d’être rapporteurs de cette thèse et pour leurs commentaires sur mon manuscrit.
Je remercie particulièrement Joël Bouvier qui m’a fait profiter de ses compétences en
test et caractérisation des circuits intégrés et Olivier Rossetto pour ses conseils sur la
conception en micro-électronique. Je n’oublie pas de remercier Laurent Gallin-Martel, Eric
Lagorio et Jean-Yves Hostachy.
Je souhaiterais remercier M. Daniel Huss, Directeur du laboratoire IPHC, de m’avoir
donné la possibilité de réaliser ma thèse dans ce laboratoire. Je remercie également tout le
personnel de l’administration pour leur sympathie et leur chaleureux accueil. Mes chaleureux
remerciements vont droit à tous mes collègues de l’IPHC et plus particulièrement mes
collègues du groupe Capteur CMOS et du groupe de micro-électronique de l’IPHC. Grand
memerci à M Christine Hu, responsable du service de micro-électronique, qui a réuni les
meilleures conditions pour la réussite de ma thèse. Son esprit d’organisation et sa compétence
m’ont permis une meilleure interaction avec mes collègues dans le groupe.
Je remercie particulièrement mes deux collègues et amis Fréderic Morel, et Andreï
Dorokhov pour avoir partagé avec moi leur recul et leur expertise sur la conception des
capteurs CMOS à pixels actifs. Je tiens à remercier également Nicolas Olivier-Henry, Claude
Colledani, Isabelle Valin, Christian Illinger, Sylviane Molinet, Kader Himmi et Grégory
Bertolone ainsi que toute l’équipe de test en particulier Gilles Claus, Mathieu Goffe et Kimmo
Jaaskelainen.
Pour l’ambiance sympathique de travail, je tiens également à remercier la troupe des
doctorants dans mon groupe en particulier Michal Kozial, Christina Dritsa et Xiaochao Fang.
Mes remerciements particuliers s’adressent à Nicolas Pillet.
Je voudrais remercier tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’aboutissement
de mon travail de thèse.
Je voudrais terminer par une profonde gratitude à mes parents et à toute ma famille
qui, malgré la distance, ont su m’apporter leur rayon de soleil me procurant une énergie
suffisante pour réussir tous mes projets, et en particulier ma thèse de doctorat. iii

« Grâce aux difficultés, on se découvre des qualités insoupçonnées »

René Lessard

Sommaire

Sommaire ................................................................................................................................... v
Liste des figures ........................................................................................................................ xi
Liste des tableaux..................................................................................................................... xv
Introduction générale.................................................................................................................. 1
Chapitre 1 ................................................................................................................................... 7
Les spécifications des capteurs CMOS à pixels actifs pour le détecteur de vertex en physique
des particules .............................................................................................................................. 7
1.1. Introduction................................................................................................................ 7
1.2. Les progrès de la physique des particules .................................................................. 8
1.3. Le modèle standard de la physique des particules ................................................... 10
1.3.1. Interactions fondamentales.......................................................................................... 11
1.3.1.1. Interaction gravitationnelle ..................................................................................... 11
1.3.1.2. Interaction électromagnétique................................................................................. 12
1.3.1.3. Interaction nucléaire faible 12
1.3.1.4. Interaction nucléaire forte ....................................................................................... 12
1.3.2. Unification des interactions fondamentales ................................................................ 12
1.4. Le Détecteur de Vertex à l’ILC................................................................................ 13
1.4.1. Les accélérateurs de particules.................................................................................... 14
1.4.1.1. Accélérateurs à cible fixe........................................................................................ 14
1.4.1.2. Les collisionneurs ................................................................................................... 14
1.4.2. Le détecteur de Vertex ................................................................................................ 17
1.4.2.1. Les contraintes sur le détecteur de vertex [Win07]................................................. 17
1.4.2.1.1. Les dimensions et la forme multicouches du détecteur .................................................. 17
1.4.2.1.2. La grande granularité...................................................................................................... 19
1.4.2.1.3. résolution spatiale.......................................................................................... 19
1.4.2.1.4. La rapidité de lecture...................................................................................................... 19
1.4.2.1.5. Le budget de matière et la puissance dissipée ................................................................ 20
1.4.2.1.6. La tolérance aux rayonnements intenses ........................................................................ 20
1.4.2.2. Les différents types de détecteurs à semi-conducteur.......................................