| Titre : | calcul de l'efficacité de collection de charge (CCE) d'un détecteur au silicium dans les conditions d'irradiation du LHC |
| Auteurs : | Saidi Mohammed, Auteur ; Dehimi Lakhdar, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2007 |
| Format : | 90.P / Ill / 30/20 cm |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Mots-clés: | Radiation,CCE,Piège,détecteur |
| Résumé : |
Le présent travail, destiné pour calculer l’efficacité de collection de charge (CCE) d’une structure p+n-n+ au silicium (utilisée comme détecteur de particules) qui est calculée par un modèle mathématique basé sur le profile du champ électrique. Ce dernier et la tension de déplétion sont déterminés numériquement. Le calcul de la CCE est présenté pour deux modèles de niveaux de pièges accepteurs, l'un situé prés du midgap et l'autre profond. Lorsque la diode est soumise à de fortes radiations, des défauts structuraux sont créés. Ces défauts se manifestent comme des pièges profonds au milieu du gap. L’effet de ces défauts sur la diode se traduit par l’inversion de type. L’efficacité de collection de charge en polarisation inverse est étudiée pour les modèles de niveaux de pièges. Les résultats observés pour un piège profond montrent que la CCE se dégrade considérablement en présence d'un piège profond. L'effet d'un piège à midgap sur la CCE se réduit à la tension de déplétion qui varie en fonction de la dose de radiation. Ainsi la CCE atteint – elle sa valeur maximale de 100% à la tension de déplétion. L'effet de la température sur la CCE est étudié pour les deux pièges. La température n'a aucun effet sur la CCE en présence des pièges à midgap. par contre, la CCE est affectée par la température en présence des pièges profonds. Les résultats trouvés sont en conformité avec les résultats d'expérimentation et de simulation existants. في هذا العمل قمنا بأجراء محاكاة رقمية لوصلة من السيليسيوم p+n-n+تعرضت إلى إشعاعات لتستعمل ككاشف للجسيمات. يتعرض هذه الوصلة إلى إشعاعات تؤدي إلي تشويه بنيته هذه التشوهات, لها أضرار تؤدي إلى تغير خصائصه. الدراسة الحالية هي حساب فاعلية تجميع الشحنة CCE هذه الأخيرة محسوبة بواسطة نموذج رياضي معتمد أساسا على شكل الحقل الكهربائي . الحقل الكهربائ و جهد الإفراغ Vdep معينين رقميا. إن حساب فعالية تجمع الشحنة مدروسة بوجود نموذجين من مستويات المصائد الآخذة أحدها في وسط الشريط الممنوع (midgap) و الآخر في العمق. عندما يوضع الصمام الثنائي في وسط ذو إشعاعات شديدة يؤدي ذلك إلى خلق خلل في بنيته, هذه الخلل يظهر كمصائد عميقة و كمصائد في وسط الشريط الممنوع (midgap) . تأثير هذه المصائد على الصمام الثنائي, يترجم بواسطة إنقلاب النوع, أي بمعنى المنطقة النشطة للصمام الثنائي في الأصل من نوع n , بفعل الإشعاع تصبح من نوع p. هذا راجع إلى التعويض الخارجي للمانحات الذي يتم من طرف المصائد الآخذة العميقة و المصائد الآخذة في وسط الشريط الممنوع (midgap). فاعلية تجميع الشحنة CCE بدلالة الاستقطاب العكسي مدروسة بوجود نماذج المصائد و التي تحتل مستويات معينة . النتائج الملاحظة بينت أن تدرج الفاعلية CCE معتبر بحضور المصيدة العميقة. تأثير مصيدة وسط الشريط الممنوع (midgap) على الفاعلية CCE يقلص جهد الإفراغ Vdep والذي يتغير بدلالة مقدار الإشعاع, و كذلك الفاعلية CCE تصل إلى قيمة 100% عند جهد الإفراغ. تأثير درجة الحرارة على الفعالية CCE مدروسة حسب المصائد المتاحة. درجة الحرارة لا تأثر على الفاعلية CCE بحضور مصيدة وسط الشريط الممنوع ) (midgap و على العكس بالنسبة إلى الفاعلية CCE تتأثر بدرجة الحرارة وذلك بحضور المصيدة العميقة. النتائج المتحصل عليها توافق إلى حد ما النتائج التجريبية و التمثيلية الموجودة. In this work we calculate the charge collection efficiency (CCE) for p+n-n+ structure used as particles detector using a mathematical model based on the electric profile. The latter and the depletion voltage are numerically determined using finite difference method. The calculated CCE is presented for two energy levels model one situated at midgap and another at deep level. When the diode is subjected to strong radiation, structure defects are created which have undesirable effects and can degrade the performance of the detectors. These defects appear like deep traps and /or generation –recombination centers. These defects change the type of the materiel (types inversion phenomena) . The charge collected efficiency of reverse biased diode is studied for the two energy levels model. The results observed for a deep level model show that the CCE is considerably attenuated. The effect of midgap traps is only seen on the depletion voltage Vdep which is related to the CCE. The latter reaches 100 % at depletion voltage. The effect of the temperature on the CCE is studied for two traps. The temperature doesn’t affect the CCE in the presence of the midgap trap. However, the CCE is affected by temperature in the presence of the deeep trap. The results obtained in this work are in agreement with the experimented and simulated existents results. |
| Sommaire : |
Résumé ii Remerciement iii Dédicace vi Sommaire v Introduction 1 CHAPITRE 1 CONCEPTS THEORIQUE 1.1. Introduction: 4 1.1.2. Le grand collisionneur hadronique LHC : 4 A. Le Détecteur ATLAS : 6 1.2. Physique des Semi-conducteur:10 1.2.1. Notion élémentaire de bandes d’énergie des solides :10 1.2.2. Semi-conducteurs Intrinsèques : 13 1.2.3. Semi-conducteurs Extrinsèques : 14 1.3. Conduction dans le semi-conducteur :17 1.3.1. La derive :17 1.3.2. La diffusion :17 1.4. Jonction Pn:18 1.4.1. Jonction abrupte a l'équilibre thermodynamique: 20 1.4.2. Influence de potentiel externe sur la jonction abrupte: 21 1.4.3. Capacitance :22 1.5. L’effet de radiation sur les Détecteurs au Silicium 23 1.5.1. Les défauts:23 1.5.2. Les effets de radiation sur le mécanisme :25 A. Effets de surface : 25 B. Les effets de volume ("Bulk Damage") :25 1.5.3. Les pièges profonds dans les semi-conducteurs :27 A.Les centre de génération –recombinaison (g-r):27 B.les centres de piège :28 C.les centres de compensation :28 1.5.4. Théorie de Shockley-Read-Hall 29 A.Temps de vie33 1.5.6. L’inversion de type :34 1.5.6.L’efficience de collection de charges 35 A. Théorème de Ramos:35 B. Collection de charge :36 C. Temps plasma (plasma time) :36 CHAPITRE 2 MODELISATION DE L’EFFICACITE DE COLLECTION DE CHARGE : 2.1.Introduction :39 2.2. Les équations fondamentales pour l'analyse statique:40 2.3.Discrétisation spatiale de la structure p+nn+ :42 2.4. Discrétisation des équations par la méthode des différences finies :42 2.4.1. Linéarisation : 45 2.4.2. Conditions aux limites : 48 2.4.3. Conditions initiales :49 2.5. Résolution du système d’équations par la méthode récursive :50 2.6. Organigramme :51 2.7. Calcul de la capacité :53 2.8. Développement Mathématiques de Modèles de champ électrique :54 2.8.1. Le Modèle simple :55 2.8.2. Le modèle complexe :62 2.9. L’organigramme:65 CHAPITRE 3 RESULTATS ET DISCUSSIONS. 3.1. Introduction :68 3.2. La Structure étudiée :71 3.3. Calcule de la tension de déplétion :72 3.4. Résultats pour le modèle d’un seul niveau de piège situe à Ec-Et=0.55 ev :73 3.5. Résultats pour le modèle d’un seul niveau de piège situé à Ec-Et=0.42 ev:75 3.7. Les effets de température sur l’efficacité de collection de charge:81 Conclusion 86 Bibliographie 88 |
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| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0181 | Mémoire de magistere | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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