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Les ondes térahertz sont à l'origine de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la sécurité (portiques d'aéroports), de la médecine (étude des interactions ondes-molécules), et des télécommunications sans fils à très haut débit. Pour toutes ces applications, les détecteurs de puissance sont d'un grand intérêt puisqu'ils intègrent l'intensité de la radiation incidente. Cette caractéristique leur permet d'enregistrer des signaux sans avoir recours à une activation hétérodyne, contrairement aux détecteurs de champ térahertz. L'objectif de ce travail de thèse est de réaliser la caractérisation de la réponse spectrale de détecteurs de puissance térahertz, principalement dédiés à l'intégration des dispositifs de télécommunications sans fils. Pour cela, nous avons élaboré une expérience impulsionnelle large bande construite autour d'un laser femtoseconde (amplifié ou non), d'un émetteur térahertz (photocommutateur ou cristal non-linéaire) ainsi que d'un interféromètre à deux ondes (Michelson). Dans un premier temps, nous décrivons le fonctionnement de l'expérience et déterminons ses limites au travers d'une étude paramétrique. Plusieurs configurations, choisies en fonction des lasers utilisés, sont sélectionnées afin d'obtenir les meilleures performances possibles. La méthode de caractérisation des détecteurs de puissance est ensuite démontrée et validée expérimentalement. Enfin, nous profitons de la polyvalence du banc pour montrer, d'une part, la possibilité de réaliser la caractérisation spatiale et spectrale d'un faisceau térahertz en une unique mesure résolue temporellement ; et d'autre part, la caractérisation de l'indice de réfraction et de l'absorption d'un milieu faiblement absorbant. / Terahertz waves have led to a lot of applications, such as security, biology, and high speed wireless telecommunications. Moreover, power detectors are also very useful because they integrate the radiation intensity. This thesis focus on the characterisation of the spectral response of terahertz power detectors in order to integrate wireless communication devices. To that end, we designed an wide-band set-up made of a femtosecond laser, a terahertz emitter, and a two-wave Michelson interferometer. Firstly, we describe how the experiment works, and show its limits through a parametric study. Various configurations were considered, according to the used lasers, in order to obtain the best performances. We then show how to characterise the power detectors response, and validate the experimental results. Finally, thanks to the versatility of our set-up, we show that a unique measurement can give us both a spectral and a spatial beam characterisation at the same time. On the other hand, we also have access to the refractive index and the absorption of weakly absorbing media by the mean of spectroscopic methods.

À la frontière entre l'optoélectronique et la conception des systèmes optiques, les matrices de détecteurs possèdent aujourd'hui une forme plane, liée aux technologies standard de la microélectronique. Or, la courbure sphérique de la surface de détection permettrait un gain substantiel sur les systèmes optiques en termes de volume, de masse et finalement de coût. Cette solution est par ailleurs largement répandue dans le monde vivant (œil camérulaire humain, yeux composés des mouches, etc).Des travaux de thèse précédents ont mis en évidence l'intérêt de la rétine courbe bio-inspirée en réalisant une matrice de microbolomètres infrarouge hémisphérique.Pendant la thèse, le procédé de courbure de composants en silicium (e.g. les bolomètres) a été optimisé et stabilisé à l'aide d'un plan d'expérience et d'une simulation par éléments finis incluant l'anisotropie du silicium. Des formes sphériques convexe et concave sans défauts (pliures et méplat) ont été démontrées sur des puces carrées et rectangulaires en tirant profit de leur flexibilité aux faibles épaisseurs.D'autre part, un nouveau procédé de courbure pour les composants hybrides (flip-chip) a permis la réalisation de plusieurs matrices fonctionnelles de détecteurs quantiques en CdHgTe courbes. Des formes sphériques concaves, convexes et cylindriques concaves à des rayons compris entre 550 et 100 mm ont été obtenues avec succès malgré la fragilité mécanique du CdHgTe.Des mesures optoélectroniques nécessitant de multiples adaptations pour ces nouveaux composants courbes ont démontré leur bonne opérabilité (>97 %) en termes de courant photonique, réponse, bruit et courant d'obscurité. Une simulation par éléments finis de la mise en forme, intégrant l'anisotropie du CdHgTe, a permis de mettre en relation les contraintes et déformations avec les propriétés optoélectroniques de ce semi-conducteur II-VI. La localisation et l'émergence de lignes de glissement ainsi que l'identification des dislocations mises en jeu sont notamment discutées.Le premier prototype de caméra compacte infrarouge à détecteurs courbes a été réalisé et confirme le bon fonctionnement du composant et son potentiel. / At the optoelectronics and optical systems conception boundary, focal plane arrays have a planar shape because of microelectronics technologies. Yet spherical focal plane arrays would simplify optical systems conception and reduce volume, weight and total cost. This shape is widespread in Nature - human concave eye, arthropods convex compound eyes, etc.The advantages of the bio-inspired curved retina have been established in previous works, where a spherical infrared microbolometers array was manufactured.During this thesis, the silicium-based devices curving proccess (e.g. bolometers) has been optimised thanks to a design of experiments and a finite element simulation including silicium anisotropy. Convex and concave shapes without defects (folds and flat part) have been demonstrated with square and rectangular chips due to their flexibility at small thicknesses.Then, a new and different curving proccess for hybrid devices (flip-chip) was developed. Several curved CdHgTe focal plane arrays were obtained and fully fonctionnal. Concave and convex spherical shapes as well as concave cylindrical shapes have been successfully achieved despite a high CdHgTe fragility.Optoelectronic measurements such as photonic current, responsivity, noise and dark current were performed with some adaptation for curved devices. High operabilities have been demonstrated (> 97 %). In addition a finite element simulation of the proccess has been conducted with the CdHgTe anisotropy. Direct relations between induced stress and strain, and optoelectronic properties, have been proved in this II-VI semiconductor. Location and surfacing of slip lines as well as dislocations identification are discussed.Finally, a compact infrared camera prototype with a curved CdHgTe focal plane array has been manufactured for the first time. It confirms that the device is fully fonctionnal and has a great potential for high value applications.

L’installation n_TOF au CERN est unesource pulsée de neutrons, unique au monde pour lamesure de données nucléaires sur le spectre enénergie le plus étendu, avec deux lignesactuellement exploitées. Une ligne horizontalealimente l’aire expérimentale 1 (EAR-1) avec unebase de vol de ~185 mètres. La seconde ligne estverticale et alimente l’aire 2 (EAR-2) à ~20 mètresde la cible de productionLa première partie de ce travail de thèse concernela caractérisation du faisceau de neutrons (flux,profil géométrique, spectre en énergie) de lanouvelle ligne EAR-2, particulièrement importantepour la définition des expériences et leur analyse.Une mesure a été réalisée à EAR-2, basée sur desdétecteurs PPAC enregistrant la fission de 235U, àpartir de laquelle nous avons obtenu le profil et leflux sur la gamme en énergie accessible (thermiqueà 200 MeV).La seconde partie de la thèse a pour but l’étudede la fission de 237Np. Cet isotope est abondammentproduit dans les réacteurs nucléaires actuels et estun des constituants des déchets à vie longue. A cetitre on peut le considérer comme une ciblepotentielle pour l’incinération en réacteur rapide.Ceci a motivé des mesures récentes de sa sectionefficace de fission. Cependant des déviationsimportantes sont apparues, en particulier la mesureeffectuée à n_TOF en 2010 est 6% supérieure auxévaluations basées sur les mesures antérieures. Cecia motivé une nouvelle mesure à n_TOF avec uneconfiguration permettant une mesure précise del’efficacité de détection, pour apporter une réponseau problème. Ce travail a permis de mettre enévidence une dépendance de l’efficacité dedétection avec l’élément, résultant des conditions del’électrodéposition. Après application de cettecorrection d’efficacité dans la région 1 à 5 MeV lasection efficace de fission ainsi extraite est 2 à 3%plus petite par rapport à la mesure de 2010,cependant elle reste 3 à 4% plus forte que lesévaluations / The neutron time-of-flight (n_TOF)facility at CERN is a unique worldwide pulsedneutron source to measure the nuclear data over thewidest energy range with two beam lines currentlyexploited. One is horizontal with a ~185 metersflight path, sending neutrons to experimental area-1(EAR-1). The second one is a new line sendingneutrons vertically to experimental area-2 (EAR-2)with a ~20 meters flight path.The first part of this PhD work is dedicated to thecharacterization of the beam (flux, geometricalprofile, energy spectrum) of the new EAR-2 neutronbeam, of the utmost importance for the experimentalproposals and analyses. An experiment was carriedout at EAR-2, based on PPAC detectors looking atfission of 235U, and the beam profile and neutronflux have been obtained for the entire availableenergy range (from thermal to 200 MeV).The second part of the thesis aims to study theneutron-induced fission of 237Np. 237Np isabundantly produced in present nuclear reactor andis one of the major long-lived components ofnuclear waste which can be considered as apotential target of incineration in fast neutronreactors. Consequently its neutron-induced fissioncross section has been measured at differentfacilities. However, significant discrepancies existbetween different experiments. Especially, therecent one performed at n_TOF in 2010 is about 6%higher by comparison to the evaluation data basedon previous experiments. Therefore an experimenthas been performed at n_TOF EAR-1 to measure itsfission cross section, in a configuration allowing anaccurate control of the detection efficiency, aimingto give a definite answer to the puzzle. In this work,we found that the efficiencies for different targetelements are different, even though they havesimilar thickness, reflecting the conditions ofelectrodeposition. After application of thisefficiency correction in the energy range from 1 to 5MeV, the newly extracted fission cross section is 2-3% lower compared with our previous measurementin 2010, however they are 3-4% higher than the

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le Silicon Strip Detector (SSD) est la quatrième couche de détecteur en silicium à micropistes double face de l'expérience STAR installée auprès du RHIC et complète le système de trajectographie interne. L'objectif de STAR consiste en l'étude de collisions d'ions lourds visant à mettre en évidence la formation d'un état déconfiné de la matière nucléaire, le Plasma de Quarks et de Gluons.<br />Une augmentation de la production de particules étranges, comme les particules K0-shorts, Λ, Ξ, Ω décroissant après le vertex primaire d'interaction en particules secondaires a été prédite comme signature de l'existence de cet état. La reconstruction précise de ces particules est alors nécessaire. Le SSD sera aussi important dans le cadre de la mesure de particules charmées via une identification directe topologique de la décroissance de ces particules. <br />Il a été conçu pour augmenter les capacités de trajectographie de STAR en permettant une meilleure connexion des traces reconstruites avec le <br />détecteur principal (TPC) et le détecteur de vertex interne (SVT).<br />Dans cette thèse, nous quantifierons l'apport du SSD à travers les collisions Cuivre Cuivre ayant eu lieu au RHIC en 2005.<br />L'étude des données simulées fournira aussi une comparaison nécessaire pour la compréhension des résultats.

PIM (Parallel Ionization Multiplier) est un détecteur gazeux à microstructure multi-étage utilisant la technologie des micro-grilles. Ce nouveau dispositif, basé sur le principe de fonctionnement du détecteur MICROMEGAS (MICRO-MEsh GAseous Structure), offre d'excellentes caractéristiques pour la trajectographie de particules au minimum d'ionisation. Cependant, lorsque ce type de détecteur est placé dans un environnement à forte composante hadronique, des décharges apparaissent et dégradent sensiblement l'efficacité de détection et constituent un risque non négligeable pour l'électronique frontale. Afin de diminuer la probabilité d'avoir de tels événements, il est possible de réaliser la multiplication des charges par étapes successives. <br />Dans le cadre du programme européen de physique hadronique (EU-I3HP-JRA4), nous avons investigué le détecteur multi-étage PIM pour une application sous un haut flux de hadrons.<br />Lors de ce travail de recherche et développement, nous avons caractérisé de nombreuses configurations géométriques d'une structure PIM à 2 étages d'amplification séparés par un espace de transfert opérant avec un mélange gazeux Ne+10%CO2. Des tests réalisés sous faisceau de hadrons de hautes énergies auprès du CERN ont montrés que la probabilité de décharges peut être fortement réduite avec une structure adéquate du détecteur PIM. Un taux de décharges inférieur à 10-9 par hadron incident et une résolution spatiale de 51 µm ont par ailleurs été mesurés au point de fonctionnement correspondant au début du plateau d'efficacité (>96%).

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Prévue pour 2024, une série d’améliorations doit être apportée au grand collisionneur d’hadrons du CERN (LHC) de manière à élargir son potentiel de découverte de nouvelle physique. Cette thèse se situe dans la perspective des études d’amélioration du détecteur ATLAS dans ce nouvel environnement, et concerne une nouvelle technologie monolithique HV/HR CMOS qui pourrait être utilisée pour les détecteurs de traces centraux pixélisés. Cette technologie a le potentiel de permettre la réduction de l’épaisseur des détecteurs, d'augmenter la granularité ainsi que de réduire les couts de production.Au sein de la collaboration HV/HR CMOS d’ATLAS, divers prototypes ont été développés en utilisant les technologies de différents partenaires industriels : GlobalFoundries (GF) BCDlite 130 nm et LFoundry (LF) 150 nm entre autres. Pour comprendre le comportement électrique et la capacité de détection de telles technologies, des simulations TCAD -Technology Computer Aided Design- en 2D et 3D ont été réalisées pour extraire le profil de la zone déplétée, la tension de claquage, la capacitance ainsi que la collection de charges ionisées des prototypes. Le développement de systèmes de test complexes et la caractérisation des prototypes HV/HR CMOS ont aussi été une partie du travail fourni pour cette thèse. Les programmes d’acquisition, en particulier pour ce qui concerne les tests sous protons ou auprès d’irradiateurs à rayons X, ainsi que les programmes de réglages de seuil ont été implémenté dans divers systèmes de test. Plusieurs versions des prototypes développés dans 3 technologies HV/HR CMOS différentes (AMS 0.18 μm HV, GF BCDlite 130nm et LF 150nm) ont été caractérisées. / A major upgrade to the Large Hadron Collider (LHC), scheduled for 2024 will be brought to the machine so as to extend its discovery potential. This PhD is part of the ATLAS program and aims at studying a new monolithic technology in the framework of the design of an upgraded ATLAS inner tracker. This new type of sensor is based on a HV/HR CMOS technology, which would potentially offer lower material budget, reduced pixel pitch and lower cost with respect to the traditional hybrid pixel detector concept.Various prototypes have been developed using different HV/HR CMOS technologies from several industrial partners, within the ATLAS HV/HR collaboration, for instance Global Foundry (GF) BCDlite 130 nm and LFoundry (LF) 150 nm. In order to understand the electric behavior and the detection capabilities of these technologies, 3D and 2D Technology Computer Aided Design (TCAD) simulations have been performed to extract the depletion zone profile, the breakdown voltage, the leakage current, the capacitance as well as the charge collection of the prototypes. Test setup developments and characterizations of the HV/HR CMOS prototypes were also part of this thesis. The data acquisition programs, in particular dedicated to the proton test beams, X-ray sources and threshold tuning, have been implemented into various test setups. Several HV/HR CMOS prototypes developed in three HV/HR technologies, AMS 0.18 µm HV, GF BCDlite 130 nm and LF 150 nm, have been characterized.

L'approche développée par l'équipe imXgam du CPPM a consisté à adapter la technologie des pixels hybrides XPAD à l'imagerie biomédicale. C'est dans cette optique qu'un micro-tomodensitomètre PIXSCAN II basé sur la nouvelle génération de détecteurs à pixels hybrides appelés XPAD3 a été développé. Ce travail de thèse décrit la démarche engagée pour évaluer l'apport de la technologie à pixels hybrides en tomodensitométrie par rayons X en termes de contraste et de dose et pour explorer de nouvelles possibilités d'imagerie biomédicale à faible dose. L'évaluation des performances ainsi que la validation des résultats obtenus avec les données acquises avec le détecteur XPAD3 ont été comparées aux résultats obtenus avec la caméra CCD DALSA XR-4 similaire aux détecteurs utilisés dans la plupart des micro-TDM usuels. Le détecteur XPAD3 permet d'obtenir des images reconstruites d'une qualité satisfaisante et proche de celle des images de la caméra DALSA XR-4, mais avec une meilleure résolution spatiale. A faible dose, les images du détecteur XPAD3 sont de meilleure qualité que celles de la caméra CCD. Du point de vue de l'instrumentation, ce projet a prouvé le bon fonctionnement du dispositif PIXSCAN II pour la souris. Nous avons pu reproduire une qualité d'image semblable à celle obtenue avec un détecteur à intégration de charges de type caméra CCD. Pour améliorer les performances du détecteur XPAD3, il va falloir optimiser la stabilité des seuils et avoir des courbes de réponses des pixels en fonction de l'énergie assez homogènes en utilisant un capteur plus dense comme le CdTe par exemple. / The pathway that has been followed by the imXgam team at CPPM was to adapt the hybrid pixel technology XPAD to biomedical imaging. It is in this context that the micro-CT PIXSCAN II based on the new generation of hybrid pixel detectors called XPAD3 has been developed. This thesis describes the process undertaken to assess the contribution of the hybrid pixel technology in X-ray computed tomography in terms of contrast and dose and to explore new opportunities for biomedical imaging at low doses. Performance evaluation as well as the validation of the results obtained with data acquired with the detector XPAD3 were compared to results obtained with the CCD camera DALSA XR-4 similar to detectors used in most conventional micro-CT systems. The detector XPAD3 allows to obtain reconstruced images of satisfactory quality close to that of images from the DALSA XR-4 camera, but with a better spatial resolution. At low doses, the images from the detector XPAD3 have a better quality that is those from CCD camera. From an instrumentation point of view, this project demonstrated the proper erations of the device PIXSCAN II for mouse imaging. We were able to reproduce an image quality similar to that obtained with a charge integration detector such as a CCD camera. To improve the performance of the detector XPAD3, we will have to optimize the stability of the thresholds and in order to obtain more homogeneous response curves of the pixels as a function as energy by using a denser sensor such as CdTe.