Études de caractérisation d'un détecteur à pixels Timepix au CdTe en vue d'applications dans la physique des particules et la physique médicale

Abstract

Un détecteur à pixels Timepix a été caractérisé en vue d’applications dans la physique des particules et en imagerie médicale. Ce Timepix est fait d’une couche sensible de CdTe d’une épaisseur de 1000 mm divisée en (256 x 256) pixels avec des contacts ohmiques. Chaque pixel a une aire de (55 x 55) mm2. L’effet de polarisation dans le détecteur Timepix-CdTe (TPX-CdTe) a été étudié dans le but de déterminer si un détecteur aux contacts ohmiques démontre cet effet. Il a été observé que le biais effectif du détecteur a diminué pendant une période de mesure de 38 heures, ce qui signifie que le détecteur est devenu polarisé. Le détecteur a été exposé à des photons de 59,5 keV et de 662 keV émis par des sources d’241Am et 137Cs respectivement et les énergies mesurées avec le TPX-CdTe étaient précises à 1,18% et 0,03% respectivement. Un étalonnage global du détecteur a été développé qui a été comparé à un étalonnage conventionel pixel par pixel souvent utilisé. Les énergies (0,8 à 10 MeV) de protons ont été mesurées et les résolutions en énergie obtenues par les deux étalonnages ont été comparées. L’étalonnage global a montré une amélioration dans la résolution d’en moyenne 8,6% pour des protons. La présence de pièges dans le matériau du CdTe et leur influence sur la collection de charge ont été étudiées. La valeur du produit de la mobilité et du temps de vie des porteurs de charge a été mesurée pour des protons de 1,4 MeV à partir de l’équation de Hecht.

A Timepix pixel detector has been characterized for the purpose of applications in particle physics and medical imaging. This Timepix detector consists of a segmented CdTe sensor layer with a thickness of 1000 mm divided into 256 x 256 pixels and manufactured with ohmic contacts. Each pixel has an area of 55 x 55 mm2. The polarization effect in the Timepix-CdTe (TPX-CdTe) was studied with the aim of determining whether a detector possessing ohmic contacts exibits the said effect. It has been observed that the effective bias of the detector decreased over a 38 hour measurement period. This indicates that the detector became polarized. The detector was exposed to photons with energies of 59.5 keV and 662 keV emitted from 241Am and 137Cs sources, respectively. The energies measured with the TPX-CdTe were accurate to within 1.18% and 0.03%, respectively. A global calibration of the detector was implemented and compared to a conventionally used per-pixel calibration. Proton energies (from 0.8 up to 10 MeV) have been measured and the energy resolutions obtained by both calibrations have been compared. The global calibration improves the energy resolution by 8.6% for protons. The presence of traps in CdTe and their influence on charge collection have been investigated. The mobility x lifetime product of charge carriers has been measured for 1.4 MeV protons based on the Hecht equation.