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Le Centre de Recherche Plasmas-Matériaux-Nanostructures (CRPMN) du LPSC effectura le traitement des surfaces et la métallisation de certains des cristaux de diamant CVD. L'obtention de contacts ohmiques adhérents au cristal et de faible résistivité est un élément clé pour le dispositif expérimental. Le traitement sera effectué en utilisant la technologie DMW (Distributed Microwave Plasmas), une technologie originale et polyvalente développée par le CRPMN. Une telle technologie permet un traitement à très faible pression avec l'aide d'ions (nettoyage, pulvérisation assistée par plasma) ainsi que le traitement à haute pression (par exemple traitement par plasma réactif).

1. Les échantillons de diamant monocristallin :

Les critaux de diamant CVD monocristallin sont produits soit dans l'industrie soit en laboratoire (exemple : le LSPM de Villetaneuse).  La figure ci-dessous montre quelques échantillons de diamant testés au LPSC. (La taille des cristaux est d'environ 5x5 mm2 et leur épaisseur de l'ordre de 500 µm ; les taches colorées en feutre nous ont servie à identifier les faces des diamants).

 

 chantillon1 diam        chantillon3 diam        chantillon4 diam

 

 

2. Banc de tests :

 

                               

 

Un banc de test bas bruit a été réalisé au LPSC. Ce banc de test utilise une source de strontium 90 émettant des particules ß-. Ces particules traversent l'échantillon de diamant en ionisant le milieu (création de paires électrons-trous). A l'aide d'un champ électrique la charge d'ionisation est récupérée et permet donc d’étudier les propriétés et performances de l'échantillon. On trouvera le synoptique du banc de test dans la figure ci-dessous.

                                                                                                            synoptique banc test diam                                                      

 

Un scintillateur couplé à un photomultiplicateur a pour but de déclencher le système d'acquisition. La charge d'ionistion lue par le préamplificateur (PAC) est ensuite de nouveau amplifiée et mise en forme pour améliorer le rapport signal/bruit avant d'atteindre le système d'acquisition. Un générateur d'impulsions permet d'étalonner la chaîne électronique. La figure ci-dessous montre par exemple l'amplitude du signal en fonction de la charge injectée.

 

 Etalonnage diamant

 

3. Le système d'acquisition :

L'acquisition des données est effectuée par la carte USB WAVE CATCHER. (On trouvera la documentation de cette carte dans le site WEB : http://electronique.lal.in2p3.fr/echanges/USBWaveCatcher/ ). Les fichiers de données sont ensuite envoyés dans un PC et analysés à l'aide du logiciel ROOT du CERN.

4. La distance de collection de charges :

Le signal, c'est-à-dire la charge lue par l'électronique, dépend fortement de la qualité de l'échantillon (nombre de dislocations, état des surfaces, défauts lacunaires, défauts interstitiels, etc.) et de la tension de polarisation appliquée au cristal. L'usage est d'exprimer cette quantité en distance de collection de charge (CCD dans la littérature anglophone), soit :

d = Qcollectée / (Q0/µm)

où Q0/µm est la charge moyenne d'ionisation produite par une Particule au Minimum d'Ionisation (MIP) traversant 1 µm de diamant.

La figure ci-dessous montre le résultats de quelques mesures effectuées au LPSC sur l'échantillon de diamant noté E6-DDL-M2. On remarquera que la distance de collection de charge dépend du signe de la polarisation électrique appliquée au diamant. Cette asymétrie est très probablement due au processus de production des diamants obtenus à partir d'un ou de germes sur l'une des deux faces du cristal. L'existence de charges résiduelles piégées dans le cristal ne fait aucun doute car si l'on coupe la tension de polarisation, on observe des signaux de polarité inversée qui diminuent lentement en amplitude au cours du temps. (Le mode dit "charge" consiste à calculer l'intégrale de la surface du signal tandis que le mode dit "amplitude" consiste à mesurer l'amplitude maximum du signal).

 

 

 

 

 

 

5. La stabilité :

 

La Stabilité dans le temps a été testée au LPSC sur l'échantillon diamant SO-0366 (538 µm d'épaisseur) pour une tension de polarisation de 350 V. Une décroissance rapide de la réponse du diamant (de 30%) a été observée pendant la première heure. Ensuite, on a constaté une décroissance plus lente de l'ordre de 1% par jour pendant environ une semaine suivie d'une remontée (probablement brutale) avant que l'amplitude ne se stabilise (voir figure ci-dessous).

 

 

SO-0366 stab 1