Synthèse et caractérisation de diamants monocristallins pour applications de détecteur de rayonnements

Growth and characterization of single-crystal CVD diamond for radiation detection aplications

• Auteur / Autrice : Nicolas Tranchant
• Direction : Jacky Even, Miloš Nesládek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optoélectronique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optoélectronique

Cristaux métalliques -- Croissance

Optique cristalline

Systèmes analogiques

Physique nucléaire -- Recherche

Résumé

Cette thèse a visé l'étude du diamant monocristallin synthétisé par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (MPCVD). Les travaux ont permis le développement et l'optimisation des conditions d'élaboration à partir de l'analyse de la qualité cristalline, de la pureté du matériau et de ses caractéristiques électroniques. L'évaluation des propriétés de transport a été la plus déterminante : une étude poussée sur la mesure par temps de vol a permis la mesure de la mobilité et l'étude de la cinétique des porteurs en fonction de la température. Complétées par des mesures d'efficacité de collecte des charges, l'ensemble a permis d'atteindre des valeurs remarquables de mobilités des porteurs dans le diamant (3000 cm2. V-1. S-1). Ces échantillons ont été montés en détecteurs et utilisés avec succès en conditions réelles pour le monitorage d'impulsions ultrarapides, pour la mesure sous flux de neutrons, ainsi que comme dosimètres médicaux en radiothérapie.

This work aimed at the study of the synthesis of single crystal diamond using the Microwave enhanced Chemical Vapour Deposition technique (MPCVD). The work enabled the development and optimisation of the growth conditions, from the study of the crystalline quality, of the material purity, and of its electronic properties. The assessment of the transport properties was the most determinant: the use of the time of flight (TOF) technique has enabled the measurement of the carrier mobilities and of their kinetic properties as a function of the temperature. When coupled with collected charge efficiency measurements, the work led to remarkable carrier mobility values obtained in the synthesised crystals (3000 cm2. V-1. S-1). Prepared samples were mounted as detection devices and used successfully in real conditions for the monitoring of ultra-fast pulses, as well as for neutron fluency monitoring, and for medical dosimeters for radiotherapy applications.