Caractérisation d'un "Silicon Drift Detector"
L'intérêt du détecteur au silicium à diffusion "silicon drift detector" réside dans sa faible capacité d'anode, presque indépendante
de la surface active de détection : cela en fait un détecteur avec une faible résolution, puisque le signal est moins sensible au bruit.
Ainsi, il peut être utilisé à température ambiante, ou avec un faible refroidissement fourni par un élément Peltier.
Description du détecteur :
Le détecteur étudié possède une surface active de diamètre 2,5 mm et est équipé d'une fenêtre de béryllium de 8 µm et d'un collimateur en zirconium. La résolution (FWHM) du détecteur est de 170 eV à 5,9 keV.
Le SDD comporte d'un côté un système de bandes p+ en cercles concentriques permettant de générer un champ de diffusion vers l'anode collectrice située au centre. La face opposée est recouverte d'une jonction p+ non structurée, agissant comme une fenêtre d'entrée homogène.
Le détecteur est connecté à une unité d'alimentation qui assure également l'amplification et la mise en forme du signal. L'élément Peltier intégré au détecteur est également alimenté par ce même module.
Procédure expérimentale :
La caractérisation du détecteur est effectuée par l'intermédiaire d'un rayonnement monochromatique fourni par la cellule MOGOTOX
().
Cet ensemble comporte un filtre passe-bas, un monochromateur à double cristal, un goniomètre et un compteur proportionnel qui peut être soit mis dans le faisceau, soit escamoté. Le détecteur est connecté directement sur la cellule : il reçoit donc le même flux photonique
que le compteur proportionnel utilisé comme référence.
Étalonnage en rendement :
L'étalonnage en rendement est obtenu en comparant le taux de comptage du détecteur SDD à celui du compteur proportionnel pour différentes énergies sélectionnées dans la gamme 1-5 keV. L'ajustement de la fonction théorique de rendement aux points expérimentaux permet de déduire l'épaisseur des différents couches absorbantes situées en avant du volume actif de silicium :
Be : 8,5 (5) µm ; Ni : 55 (5) nm ; Au : 20 (10) nm ; Al : 50 (10) nm
Fonction-réponse du détecteur :
Le traitement précis des spectres X complexes acquis avec un ensemble détecteur-électronique de
traitement nécessite la connaissance de la fonction-réponse de cet ensemble. Pour chaque énergie monochromatique sélectionnée, la forme du spectre est enregistrée et ajustée en utilisant une fonction de type "Hypermet" (forme Gaussienne avec une traîne basse énergie et un fond constant incluant une marche).
L'écart-type de la gaussienne s, dépend de l'énergie
incidente E, de l'énergie moyenne de création de paire électron-trou w et du facteur de Fano
F :
Cependant, deux fonctions différentes ont été obtenues pendant les expériences selon le niveau de bruit, ce qui révèle un défaut de fonctionnement du module de traitement du signal.
Balayage de la surface du détecteur :
La fonction-réponse qualitative et quantitative des différentes parties de la surface active du détecteur ont été étudiées en balayant celle-ci, en X et en Y, avec le faisceau monochromatique collimaté à 500 µm par pas de 200 µm. Pour l'aspect quantitatif, les taux de comptage sont corrigés de la décroissance du faisceau : on remarque un point de moindre rendement au milieu de la zone balayée ; de plus, différentes formes sont enregistrées ce qui révèle une inhomogénéité dans l'efficacité de la collecte des charges.
Conclusion :
Pratique d'utilisation, les détecteurs au silicium à diffusion apparaissent prometteurs pour de nombreuses applications en raison de leur facilité de maintenance et de leur faible encombrement, couplés à des performances quasi comparables à celles des détecteurs au silicium-lithium traditionnels. Cependant, la présente étude a révélé certaines déficiences en particulier avec des zones de faible collection des charges et surtout un comportement erratique du module électronique de traitement du signal. Ces points nécessitent d'être améliorés pour une utilisation avec des résultats fiables.
