Validation expérimentale des outils de simulation des réactions nucléaires induites par les neutrons et les protons dans le silicium : irradiation d'une diode silicium et d'une caméra CCD

par Simon Rocheman

Thèse de doctorat en Électronique, optronique et systèmes

Sous la direction de Frédéric Saigné et de Frédéric Wrobel.

Soutenue en 2008

à Montpellier 2 .

mots clés

• Irradiation
• Simulation Monte Carlo
• Diode silicium
• Capteur à transfert de charge
• Neutron
• Proton
• Réaction nucléaire
• Réactions directes (physique nucléaire)
• Irradiation
• Monte-Carlo, Méthode de
• Circuits à transfert de charge (électronique)

Résumé

L'environnement spatial est un environnement radiatif principalement composé de protons. En plus de représenter un danger pour l'électronique, ces particules sont à l'origine de neutrons secondaires dans l'atmosphère. Lorsqu'elles traversent la matière, ces protons et ces neutrons peuvent provoquer des réactions nucléaires et ainsi créer des particules ionisantes. Par ce biais, les réactions nucléaires induites avec le silicium des composants électroniques peuvent provoquer des dysfonctionnements. Ces erreurs posent de réels problèmes dans les applications avioniques et spatiales. Des outils de simulation de réactions nucléaires ont été développés pour prévoir l'occurrence de ces erreurs. Des bases de données décrivant les réactions nucléaires neutron – silicium et proton – silicium entre 1 MeV et 200 MeV ont été générées à partir d'un code de calcul. L'objectif de ce travail de thèse est de valider ces bases de données. Dans un premier temps, des données expérimentales publiques de physique nucléaire nous ont permis de vérifier certains aspects des bases de données. Dans un second temps, nous avons irradié deux détecteurs à base de silicium (une diode et un capteur de caméra CCD) et confronté les simulations de ces expériences à l'aide des bases de données aux résultats expérimentaux.

Titre traduit

Experimental validation of tools for simulation of nuclear reactions induced by neutrons and protons in silicon : irradiation of a silicon diode and a ccd camera

Résumé

The spatial environment is a radiative environment mostly composed of protons. These particles are not only a danger for electronic component but they also leads to secondary neutrons in the atmosphere. When these protons and neutrons go through matter, they can induce nuclear reaction and then create ionizing particles. By this mean, nuclear reactions induced with silicon in electronic component can cause malfunctions. These mistakes are a real issue for applications in planes or space. Some nuclear reaction simulation tools have been developed to predict the error rate. For neutron - silicon and proton - silicon reactions between 1 and 200 MeV, databases have been generated by a nuclear physic code. The aim of this work of thesis is to validate the databases. In a first step, nuclear physic public experimental data have been used to verify some aspects of the databases. In addition, we irradiated two silicon based sensors (a diode and a CCD camera) and we confronted the simulation of these experiment using databases to experimental results.