1 conception d'une caméra bolométrique pour la radioastronomie millimétrique à grand champ...
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1
Conception d'une caméra bolométrique pour la radioastronomie millimétrique à
grand champ
Soutenance de thèse de
Samuel LECLERCQ
Jury : Président : Laurent PUECH (UJF)
Rapporteur : Maurice CHAPELLIER (CEA)
Rapporteur : François PAJOT (IAS)
Directeur : Alain BENOIT (CRTBT)
Codirecteur : François-Xavier DESERT (LAOG)
Examinateur : Karl-Friedrich SCHUSTER (IRAM)
2
Plan de l'exposé
I. Besoins astrophysiques et spécifications instrumentales.
II. Caméra bolométrique et thermomètres en NbSi.
III. Électronique multiplexée.
Conclusion.
3
I.1. Intérêt des ondes millimétriques pour l'astrophysique.
Rayonnement de corps noir à T = 2,725 K
sur tout le ciel. Fluctuations :
Longueurs d’ondes m]) et fréquences GHz]) du spectre électromagnétique
Ondes RadioMicro-ondes
Infra-rouges
UVRayons
XCosmiquesGammas
109 106 103 1 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
10-9 10-6 0,001 1 1000 106 109 1012 1015
m]
GHz]
€
ΔTT
≈ 3⋅10−5
Besoins : grand champ de vue, grande sensibilité
Le rayonnement fossileContinuum d'origine thermique
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
50
100
150
200
250
300
350
400
Corps noir à TCMB = 2,725 K
Corps noir à TCMB déformé par l'effet SZ
(GHz)
B
(10-20 W/m2/Hz/sr)
L'effet Sunyaev-Zeldovich
I.1. Intérêt des ondes millimétriques pour l'astrophysique.
Interactions : photons du rayonnement fossile et électrons du gaz ionisé intergalactique.
Cartographie des amas de galaxies
(GHz)
ΔB (MJy/sr) Variation relative d'intensité
2 mm 1 mm
Besoins : grand champ de vue, grande sensibilité, plusieurs longueurs d'ondes
5I.1. Intérêt des ondes millimétriques pour l'astrophysique.
Effet de décalage vers le rouge des spectres des galaxies distantes
30000 3000 300 30300000
Distance
(m)
Sondage de l’univers lointain
Émission diffuse due aux poussières interstellaires
Observations des régions de formation d’étoiles et des galaxies proches
Besoins : grande sensibilité, grand champ de vue, haute résolution angulaire
Détecteurs atteignant les limites fondamentales et les limites instrumentales d'un grand télescope millimétrique
(GHz)
6
Lentille équivalente au télescope
Axe de visée
Rayons d'incidence nulle
Rayons d'incidence non nulle
Plan focal du télescope
Éléments optiques du télescope
Pourquoi le 30 m ?
: 260" (0,07°)
Résolution typique : 10" 530 taches de diffraction dans le champChamp au plan focal : d = 37 cm
I.2. Optique du télescope de 30 mètres de diamètre de l'IRAM.
Télescope CassegrainFocale effective : fe ≈ 300 m Ouverture : fe/D ≈ 10
Champs de vues du télescope
Le plus grand télescope millimétrique du monde
Résolution angulaire /D : limitée par la diffraction
7
Lentille équivalente au télescope
Axe de visée
Rayons d'incidence nulle
Rayons d'incidence non nulle
Pourquoi le 30 m ?
: 260" (0,07°)
Résolution typique : 10" 530 taches de diffraction dans le champChamp au plan focal : d = 37 cm
I.2. Optique du télescope de 30 mètres de diamètre de l'IRAM.
Télescope CassegrainFocale effective : fe ≈ 300 m Ouverture : fe/D ≈ 10
Champs de vues du télescope
Le plus grand télescope millimétrique du monde
Résolution angulaire /D : limitée par la diffraction
Axe de visée
Rayons d'incidence nulle
Lentille de champ
Lentille froide
Plan image : champ ≈ 10 cm
8I.2. Optique du télescope de 30 mètres de diamètre de l'IRAM.
Objectif : dimensionner l’optique de reprise pour que les aberrations soient plus petites que les taches
de diffraction.
Deux configurations possibles dans la cabine du télescope
Vue de profil
Renvoi
Champ A
Champ B
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Calcul des puissances incidentes sur la matrice
Atmosphère : TA = 250 KTélescope et optique : TT = 280 KRayonnement Fossile : TRF = 2,73 K
€
Pj = Ek. ε j(ν ). ti(ν ).i
∏ B j ν ,T( ).dνν m
ν M
∫ W[ ]
Ek = étendue de faisceau Sk.k = a 2
j = émissivité = 1- ti ti = transmissionBj = brillance ( corps noir)
Transmissions des élémentstt = 0,9 tfiltres ≈ 0,2 tlentilles = 0,95 ta : dépend de ...
I.3. Photométrie au télescope de 30 mètres de diamètre de l'IRAM.
Puissance sur le détecteur
Sources :
€
Effectif (puissance d'une tache) : a = 1
Pixel (4 par tache à mi - puissance) : a = 0,16
⎧ ⎨ ⎩
Lumière sur le détecteur : dominée par les rayonnements parasites
10
Opacité de l'atmosphère
Transmission : ta = exp(-)
[GHz]
I.3. Photométrie au télescope de 30 mètres de diamètre de l'IRAM.
Fluctuation d'humidité (nuages) bruit de ciel
Choix du matériau pour la lentille
Polyéthylène : t(5cm) = tI (1 rI )2 = 85 %
Transmission des filtres
au zénith
Limites fondamentales : bruit de photon
Ondes millimétriques dans une tache de diffraction : NEPP ≈ NEPB
€
δn2 ≡ n − n ( )2
= n + n 2 ⇒ NEPPhoton = NEPPoisson2 + NEPBoson
2 W Hz[ ]
11Spécifications instrumentales pour une utilisation optimale du 30m
Sensibilité de la matrice : 1 galaxie haut redshift en 1 heure Meilleurs instruments actuels : 1 galaxie haut redshift en plus de 10 heures
Bilan photométrique pour 1 pixel
Longueur d'onde (mm/GHz) 1,2 / 250 2,1 / 143
Nombre de pixels (ΩCV = 60 arcmin2) 6262 3535
Taille des pixels (mm) (DCV = 9,2 cm) 1,5 2,6
Puissance totale (pW) 6,6 4,6
P galaxie 1012 L : flux de 1 mJy (10-17 W) 0,62 0,26
Dynamique Ptot/Pmin 107 107
NEP photons 1 mm vp (10-17 W/ ) 5,4 2,5
NEFD (mJy ) 10 15
Limite e détection à 3 en 1h (mJy) 0,3 0,4
Temps pour détecter 1 galaxie de 1mJy avec 4 pixels (min) 20 30
€
Hz
€
s
12
II. Les détecteurs
Matrices :Réalisation collectiveSensibilité pixel / tailleFacteur de remplissage (Fr)HomogénéitéÉchantillonnageVitesse de cartographie
Cornets : avec : Fr < 40%, Sans Fr > 90%, mais ! lumière parasite
Bolomètres : détection d'énergie par mesure de températureAdaptés au ondes millimétriques. Nécessité de refroidir (cryostat 100 mK)
Caractéristiques : SensibilitéLien thermiqueNEP
SpiderWeb Ge [Bock]Ex : Archeops ; Planck
Collecteur à antenne [Lukanen]
MAMBO II [Kreysa]
13
II.1. Les bolomètres
T
t
ΔT =PrayG
Bain : Tcryo
Absorbeur : C
Thermomètre : A
Lien thermique : G
Rayonnement
I
Absorbeur et thermomètre isothermes : Pél = R(T)I2
€
dEdt
= C ⋅dTdt
= Pray t( ) + Pél t( ) − G ⋅ T ( t)b − Tcryob
( )
Principe de fonctionnement du bolomètre idéal
α =1R
⋅dRdT
K−1[ ] A=dlnRdlnTCoefficient de température
Thermomètres résistifs < 0 conduction par sauts : A = 5…15 (1M…100G)
Thermomètres supraconducteurs > 0 transition supra-normal : A = 200…1000 (1m … 10)
Temps de réponse
€
=CGd
€
Gd =dPfuite
dT
Mesure : V = R(T)I
Conductance dynamique sensibilité
14
Bruits fondamentaux
Bolomètre pas idéal autres bruits (environnement, amplificateur, excès du thermomètre, etc.)
Bruit total :
€
NEPTOT W / Hz[ ] = NEPPhoton2 + NEPJohnson
2 + NEPPhonon2 + NEPAutres
2
II.1. Les bolomètres
Objectif : NEPInstrument ≤ NEPPhoton/3
Bolomètre idéal optimisé
€
Pél* ≈ Pray Gd
* Tcryo( ) ≈Pray
Tcryo
Pray = 1pW ; Tcryo = 100mK NEPInstrum = 10-17 W/Hz1/2
NEPJohnson ≥ 0,5 NEPInstrum
• Fluctuations thermodynamique du bolomètre
• Bruit Johnson dans le thermomètre (électrons)thermiques expressions similaires
Comparables si réponse linéaire. NEPJohnson < NEPThermodyn si A >> 1
€
NEPFondam ∝ kBTcryoPray Intérêt des très basses T
15
106
104
102
100
10-2
10-4
4.03.53.02.52.01.51.00.50.0
Température (K)
NbxSi1-x x=0,076 x=0,078 x=0,080 x=0,083 x=0,090 x=0,13
II.2. Intérêt du NbxSi1-x pour la thermométrie résistive
Transport électrique dans les Isolants d'Anderson
E
Ei
Ej
r
q=Eij
€
ρ(T ) = ρ 0 expT0
T ⎛ ⎝
⎞ ⎠
n ⎛
⎝ ⎜ ⎞
⎠ ⎟
1/4 n 1
Conduction par sauts à portée variable résistivité :
Très bons thermomètres : Grande sensibilité à très basse température (A ~ 3 à 10). Si R ≈ 10 M : bien adaptée aux transistors FET. R et C ajustables pour T donnée (composition, recuit, géométrie). Films minces : bien adapté à la bolométrie.
Transition métal-isolant
16
€
T0(E) = T0 (E = 0)⋅ 1−eξ
2kBTE
⎛ ⎝ ⎜
⎞ ⎠ ⎟
€
Pél = Ω ⋅ge − ph ⋅ Teη − Tph
η( )
Effet de Champ électrique E
Découplage électron-phonon
Découplage supplémentaire ( substrat, absorbeur, membrane fuite thermique)
2 phénomènes limitent la polarisation électrique des I.A. :
Conduction électrique sous polarisation non nulle
Optimisation du signal :Polarisation électrique P = VI
Sensibilité sans dimension (A~ 3 à 10 pour les I.A.)ΔVΔT
=AT
R⋅P
≈ 10 nm (longueur de localisation des électron)
€
ρ(Te) = ρ0 expT0(E)
Te
⎛ ⎝ ⎜
⎞ ⎠ ⎟
n ⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
= 5 ; ge-ph ≈ 100 W/K5/cm3
(coefficient de couplage)
€
Ptot = G fuite Tphb − Tcryo
b( )
II.2. Intérêt du NbxSi1-x pour la thermométrie résistive
Mesures de films de NbSi (Marnieros 1997) :
n = 0,65 ρ= 510-4 Ωm T0 /1K = (26 - 3x/1%)2
Si x1 = 8,2% et x2 = 8,1% à T = 100 mK :
ρρ!
Influence de la composition et du recuit, problèmes d'homogénéité des couches.
17
II.2. Microfabrication
Objectif : Réaliser une matrice de bolomètres
Substrat : wafer (Si)Membranes (Si3N4)Électrodes (Nb)Pistes électriques (Au)Thermomètres NbxSi1-x
Isolation (SiO2)Collecteurs : antennes (Nb)Absorbeurs : shunt (Bi)Ponts thermiques (ouvertures)
18
Coévaporation de Nb et de Si avec masques mécaniques
Nb Si
Platine
NbxSi1x
Méthode mise au point au CSNSM par L.Dumoulin et S.Marnieros
Évaporateur :
2 canons à électrons Évaporation simultanée du Nb et du Si Vitesse de dépôt : vMax= 2Å/s.Régulation des quantités évaporées.
Platine tournante Homogénéisation du mélange
Substrat (wafer)
Masque
Wafer Si
Inconvénient des masques :• Conception des masques (dépôts de Ni)
• Contraintes de centrage des différentes couches (plots NbSi et électrodes)
Taille minimale des motifs à 20m.
II.2. Microfabrication
19
Lithographie en lift-off
1) étalement 3) révélation2) insolation 4) dépôt
5) lift-off
Évaporation par effet joule
II.2. Microfabrication
Après tous les dépots :
Au ≈ 1500 Å
Ti ≈ 50 Å Nb ≈ 500 Å
Ir ≈ 50 Å
NbSi ≈ 1000 Å
SiO ≈ 250 Å
20
Si3N4 (membrane)
Au/Cr
Bi (absorbeur)
Au/Cr (lien thermique)
NbxSi1x
x = 8,2 %e = 1000 Ål = 600 md = 300 m
Bolomètres individuels (CSNSM)
II.2. Microfabrication
21
NbSi
Au
Si
300 m600 m
Matrices de thermomètres NbSi
II.2. Microfabrication
#1 à #8 (L2M puis CEETAM) 36 pixels
#10 à #13 (CRTBT/CSNSM-CEETAM) 4 pixels
1 cm
22
Principe de la mesure
II.3. Expériences mises en œuvre pour les tests électriques
Tests à basses température dans des cryostats :• Hélium 3 pompé (CSNSM) 300 mK• Dilution hélium 3 - hélium 4 (CRTBT) 100 mK
Rs
Rp
RC
RI
Diviseur
VEVS
Charge
Inconnue
Excitation Entrée
Signal Sortie
Boîtier de polarisation
Vd V
I
Montages : • Générateur de tension• Boîtier de polarisation• Matrice• Amplificateurs• Convertisseurs A/N• Acquisition (MAC)
23
7 Bolomètres individuels
II.4. Résultats des expériences
0 2 4 6 8 10 12
1
2
3
4
5
6
7
Résistance (V/I) fonction de la tension
|V| (mV)
130 mK
145 mK
160 mK
190 mK215 mK
650 mK
230 mK280 mK
140 160 180 200 220 240 260 280 300
1
2
3
4
5
6
7
T [mK]
R(V=0,T) = Ro exp((To/T) n) : o=données, x=ajustement, +=incertitudes
Films NbSi : x = 8% d = 300 m; l = 600 m; e = 0,1 m R(V) pour
plusieurs T
R(V=0,T)
Coefficients de températureCampagne Échantillon n R (kΩ) à 300mK -A à 300mK R(MΩ) à 100mK -A à 100mK
He3
1 à 6 0,3 - 0,5 300 2,1
BM10 0,28 820 1,3
Dilution BM10 0,5 550 2,5 22 4,3
Modèle CSNSM 0,65 545 3,5 150 7,1
Le modèle de conduction par saut décrit bien les R(V=0,T) :R et A conformes aux attentes (différence entre échantillons et prévisions : inhomogénéités, recuit).
24
100 150 200 250 300 350 40010
-1
100
101
Conductance dynamique de la fuite thermique
T (mK)
II.4. Résultats des expériences
Fuite thermique des bolomètres et
conductances dynamiquesGm Si3N4 théorique
BoloM10 dilution, plusieurs n, Gg et Gm
Le modèle de fuite thermique décrit bien les R(V≠0,T) :Différence entre mesures sur cryostat 3He pompé, mesures sur dilution 3He-4He et conductance théorique de la membrane inexpliquées. Ordre de grandeur correct.
Échantillon
b Gf (nW/Kb)
1 à 6 2,1-2,8 1,7 - 2,3
BM10 1,6 1,3
BM10Global
M(Si3N4)2,72,4
15 - 2011 - 16
Théorie M(Si3N4)
3,0 6
BoloM10 hélium 3 pompé
25
0 5 10 15 20 25 30 35 401.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5x 10-17
NEPJohnson
et NEPphonon
P (pW)
NEPphonon à 100 mK
NEPJohnson à 100 mK
II.4. Résultats des expériences
0 5 10 15 20 25 30 35 400
2
4
6
8
10
12
14
16
18
x 10-16NEP
Johnson et NEP
phonon
P (pW)
NEPphonon à 300 mK
NEPJohnson à 300 mK
Estimations des bruits fondamentaux
€
Hz
Les calculs prévisionnels correspondent aux attentes :T = 100 mK 5 < P(pW) < 10 NEPtotale ≈ 310-17 W/ optimale
26II.4. Résultats des expériences
Matrices #1 à #8
Matrice x (%) T (mK) Rthéo (MΩ) Rmes (MΩ) Rmes/Rthéo
#3 8 500 - 600 0,130 - 0,080 6 - 3 50 - 40
#8 8,2 3500 0,005 7 1400
Résistances anormalement élevées et R quand V0 !!!
0 2 4 6 8 102
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
Résistance (V/I) fonction de la tension
V (mV)
350 400 450 500 550 6000
5
10
15
20
25
T [mK]
R(V=0,T) = Ro exp((To/T)n)
550 mK
450 mK
27II.4. Résultats des expériences
Hypothèses concernant les anomalies de résistances observées.
1. Problèmes dans la chaîne d'acquisition de données.
2. Problème de marches au niveau des contacts entre électrodes et échantillons NbSi.
3. Problème de pollution en surface des couches entre 2 lithographies.
4. Problème de pollution du NbSi (ou autres couches ?) par la résine lors des lithographies.
Décisions :
• Mesures au profilomètre • Photographies au MEB
• Nouveaux échantillons
2200 Å
2500 Å
Matrices #3 et #8
Problèmes de marches et de pollution semblent confirmés.
Impossible de conclure.
28
0 5 10 15 200
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Résistance (V/I) fonction de la tension
V (mV)0 10 20 30 40 50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50Résistance (V/I) fonction de la tension
V (mV)
II.4. Résultats des expériences
Matrices #10 à #13
205 mK
330 mK
Matrice #10 :Tout en lithographie lift-off
Matrices #11 et 13 :Électrodes Nb déposées par masque mécanique
180 mK
200 mK
220 mK
260 mK
300 mK
400 mK
29II.4. Résultats des expériences
Matrice R (MΩ) à 300mK
-A à 300mK
R(MΩ) à 100mK
-A à 100mK
#11 2,1 - 3,0 2,8 - 3,6 230 - 440 5,4 - 6,9
#13 6,0 - 8,8 4,2 - 4,4 160 - 300 2,5 - 2,7
x=8,2 %x=8 %
0,060,5
2,23,5
2,3125
4,67,1
Résistance électrique à polarisation nulle et coefficients de température
Le modèle de conduction par saut décrit bien les R(V=0,T) :Grande gamme de n, T0 et R0. A conformes aux attentes. R mieux que #1 à #8, mais toujours trop grand.
Matrice ge-ph
(W/K5/cm3)Ge-ph
(W/K5)Gd_e-ph (100mK)
(nW/K)
#11 70 - 105 1 - 1,6 0,5 - 0,8
#13 85 - 90 1,25 - 1,4 0,6 - 0,7
Théorie 100
Découplage électron-phonon
Rq : Paramètre de puissance non ajustable. Théorique : = 5
Le modèle de découplage décrit bien les R(V≠0,T) :Le coefficient de découplage : ge-ph correspond exactement aux prévisions.
Électrodes par masque mécanique : plus de divergences à V0
Bilan :
€
RMesuré
RThéorique
≈ 5 −10 pour T ≈1K ...RMesuré
RThéorique
≈100 − 200 pour T ≈100 mK
30
III.1. Étude d'une électronique multiplexée
Polarisation électrique, modulation et lecture d'un bolomètre
Signal de polarisation
Résistance de polarisation
Amplificateur : FET
Sortie
Bolomètre
Bruits des FET
€
eJ = 4kBTRds V / Hz[ ]
€
iS = 2qeIgs A / Hz[ ]
€
e1/ f =1
gm
α H ⋅Ids2
N ⋅ f≈ ea ⋅ 1+
fknee
f
⎛ ⎝ ⎜
⎞ ⎠ ⎟
2
V / Hz[ ]
GrenailleJohnson
1/f
Transistors à effet de champ (FET) à 100 K idéal pour 1<R(MΩ)<100
modulation à f > fknee bruit blanc
Grille
Source Drain
31
Solution retenue : multiplexage ligne/colonne (1 niveau)
Matrice N M N+M+2 fils gain de place
III.1. Étude d'une électronique multiplexée
eS = 7,16 nV/√Hz
Polarisation en entrée
N fils en sortie N JFETs froids
N tensions de commutation
Rcharge
Rbolo
CommutateurMatrice de bolomètres
Matrice de transistors
Capacité 1nF
Multiplexage.
Lecture d'un grand nombre de détecteurs
Sans multiplexageMatrice N M N M+2 fils Matrice 32 32 1026 filsProblèmes : charge thermique, câblage, N M amplificateurs froids.
Matrice 32 32 66 fils
Matrice 64 16 82 fils
eS = 5,06 nV/√Hz
1 Bolomètre 10 MΩ
eJ = 7,43 nV/√Hz
Si Igs = 50 fA :
32III.1. Étude d'une électronique multiplexée
Différents montages réalisés.
Typiquement :Rbolo = 10 MΩCint = 1,6 nFT = 100 mKeJ,bolo = 7,4 nV/
€
Hz
1) Polarisation résistive
€
Rc >> Rbolo ⇒ I pol ≈Vpol
Rc
et ΔVmes ≈ Ipol ⋅ΔRbolo
Mesure de tension :
€
ΔVinduit ≈ ΔVg ⋅Cgs Cint
€
Iinduit ≈ ΔVg ⋅Cgs ⋅ f lectParasites dus aux commutations :
Parasites dus à la polarisation : essentiellement eJ,charge > eJ,bolo
VREF
33III.1. Étude d'une électronique multiplexée
2) Polarisation capacitive
€
Ipol =dQpol
dt= Cpol ⋅
dVpol
dt
€
Cpol << Cint ; Ipol ≈ Qpol ⋅ f lect = Cpol ⋅ΔVpol ⋅ f lect
⇒ Vmes( t) ≈ −Veq ⋅ 1− e−
t
RboloCpol
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
Pas de dissipation de P à Tcryo
Cpol à Tcryo : minimiser les Ifuite
Amélioration par bouclage de l'ampli :Mesure de Q qui équilibre le système. Pas sensible au gain. Bruit plat à haute fréquence
Charge périodique de Cint
REF
VREF
Ajustement du courant pour chaque bolomètre indépendamment
34
Les HEMTs (transistors AsGa / AlGaAs) ont des courants de fuite de quelques pA pour T 4K.
Courants de fuite et tensions de commutation
0,001
0,01
0,1
1
10
100
3070110150190230270 T [K]
[nA]
CF 739 GaAs FET (MESFET)CF 739 GaAs FETATF-21186 GaAs FETFHX35LG HEMT (TEGFET)
III.2. Mise en œuvre de l'électronique
Nouveaux transistors de commutation : HEMTs QPC
Premiers résultats HEMT QPC : Ifuite ≈ 50 fA multiplexage de 32 bolomètresHEMTs commerciaux actuels : Ifuite ≈ 200 fA multiplexage de 8 bolomètres
Réalisés au LPN Marcoussis par Y.Jin
Courants de fuite
Température [K]
I [n
A]
35
Matrice de bolomètre
Circuit imprimé des HEMTs avec capacités d'intégration CMS
III.2. Mise en œuvre de l'électronique
Partie froide (100mK) : commutateurs HEMTs et matrice de bolomètres
Partie chaude (300K) : Boîtier "MUX" fixé sur le cryostat
Entrée Filtres Références Suiveur DAC
Suiveurs Von/VOff des HEMTsSortie
Bas courants et bas bruits (20nV/√Hz)
Communication : circuit logique programmable
36III.2. Mise en œuvre de l'électronique
Montage complet sur le cryostat Diabolo
Tests de multiplexage à 100 mK sur résistances concluants ; amélioration de l'électronique pour minimiser les bruits.
Tests d'absorption de bolomètres individuels NbSi à 100 mK avec corps noir encourageants : ( ≈ 80%).
Mesures de bruit sur les films de NbSi (TF des V(I)) Johnson, phonon, 1/f, pop-corn : en cours.
Montage des nouveaux réseaux de HEMTs (QPC) dans les semaines à venir.
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Conclusion• Instruments cosmologie et astrophysique : ~100 pixels, prochainement : > 1000 pixels.
• Optique au 30m de l'IRAM : miroirs de champ, lentille froide.
• Photométrie : = 1,2 / 2,1 mm, 64x64 / 35x35 pixels, ~10 pW/pixel, 51017 W/Hz1/2.
• Bolomètres avec thermomètres résistifs : A = 5..10, courant constant. Pél ≈ Pray.
• NbxSi1-x : transition métal-isolant, conduction par sauts à portée variable, effet de champ
électrique, découplage électron-phonon.
• Microfabrication de couches minces : masques mécaniques - lithographie lift-off.
• Tests des films à T ≈ 100 mK. bolomètres individuels : R ≈ 10 MΩ, A ≈ 4,
NEP ≈ 31017 W/Hz1/2 avec P ≈ 10 pW OK ; matrices : échec du tout lift-off, avec
électrodes Nb par masques : R ≈ 100 MΩ, A ≈ 4, ge-ph ≈ 100 W/K5/cm3 Trop impédant.
• Multiplexage temporel : HEMTs. Grenaille N1/2eg < Johnson du bolomètre : 7,4 nV /Hz1/2.
• Amplification : JFETs à 100 K., bruit blanc N1/2eg , eg = 3 nV /Hz1/2.