Effets des radiations

Un fort taux de radiation peut détériorer le substrat à la fois en profondeur et en surface. Les détériorations en profondeur résultent du déplacement ou de l'éjection d'atomes du réseau cristallin suite à des collisions directes entre les hadrons ou les fragments nucléaires et les atomes de silicium. Les sites inoccupés et les atomes libérés modifient les propriétés du semiconducteur comme la durée de vie des porteurs, ce qui entraîne :

• une augmentation du courant dû à la génération thermique de porteurs de charges dans la zone désertée (le courant de fuite) qui se traduit par une amplification du bruit (figure );
• une réduction du nombre de porteur de charges ce qui peut entraîner une inversion du type de semiconducteur que l'on peut contrer par une augmentation de la tension de désertion mais qui implique une augmentation du risque de claquage;
• un piégeage des charges qui conduit à un temps de collection plus long qui peut aboutir à une réduction de l'amplitude du signal.

Figure: Evolution du courant de fuite d'un détecteur type CMS durant un test haute intensité au PSI [ALB01a].

Quant aux détériorations surfaciques, elles sont principalement dues au piégage des charges à l'interface oxyde-silicium, ce qui provoque une augmentation de la capacité interpiste et conduit donc à une augmentation du bruit.

Pour limiter les risques de claquage et réduire le courant de fuite, le trajectographe de CMS sera placé à -10 $^0C$ de façon permanente. La réduction du dopage entraînera une inversion du type de silicium (après $\sim$10 ans de LHC) et demandera l'utilisation de tension de plus en plus importante pouvant aller jusqu'à plusieurs centaines de volts ($\sim$ 500 V).