Etude et développement de matrices de bolomètres supraconducteurs en vue des expériences spatiales futures

par Youssef Atik

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de François Pajot.


  • Résumé

    Les progrès instrumentaux ont permis le développement de détecteurs bolométriques adaptés aux longueurs d’onde millimétriques et submillimétriques pour les prochaines expériences spatiales. Les TES (Transition Edge Sensor) sont actuellement en cours de développement pour être utilisés comme thermomètres de bolomètres supraconducteurs ultra sensibles. En plus de leurs bonnes performances, le choix du matériau dépend de la stabilité à long terme (à la fois physique et chimique) avec une bonne reproductibilité et homogénéité de fabrication. Pour cette raison, nous avons étudié les propriétés des couches minces NbSi en développant des matrices de bolomètres TES NbSi. NbSi est un alliage bien connu pour son utilisation dans les thermomètres résistifs. D’une part, nous présentons une caractérisation basse température à 300 mK des TES NbSi sur une matrice de 23 pixels. Les résultats d’homogénéité des transitions supraconductrices seront donnés de même que des mesures de bruit sur le TES NbSi. Des estimations de bruit équivalent (NEP) seront présentées. D’autre part, notre travail a abouti à la fabrication d’une matrice complète de bolomètres TES NbSi comportant des membranes de nitrure de silicium (Si3N4). Enfin les matrices de bolomètres nécessitent une électronique de lecture performante. Une architecture de multiplexage dans le domaine temporel a été définie par le laboratoire de l’APC et capable de lire jusqu’à 20 000 bolomètres.

  • Titre traduit

    Study and development of superconductive bolometers arrays for future space experiments


  • Résumé

    Intrumental progress allowed the development of bolometric detectors adapted to submillimeter and millimetre wavelengths. Superconducting transition-edge sensors (TESs) are currently under heavy development to be used as ultra sensitive bolometers. In addition to good performance, the choice of material depends on long term stability (both physical and chemical) along with a good reproducibility and uniformity in fabrication. For this purpose we are investigation the properties of NbSi thin films and have already developed arrays of NbSi TES. NbSi is a well-known alloy for use in resistive thermometers. First we present a low temperature characterization at 300 mK on a 23-pixels NbSi TES. The results of homogeneity of superconducting transitions are given and also the noise in an NbSi TES. Noise equivalent power (NEP) estimations will be presented. On the other hand, our work has reached in manufacturing of a complete array of NbSi TES bolometers containing of silicon nitride (Si3N4) membranes. Finally, bolometers arrays require an adapted readout. An architecture for multiplexing in the time domain has been defined by the laboratory of the APC and can read up to 2 0000 bolometers.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (145 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 127-137

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)272
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