Un accord-cadre pour la fourniture de circuits intégrés baptisés IDeF-X (« Imaging Detector Front-end in X-rays » ou interface pour détecteur d’imagerie à rayons X) vient d’être signé entre le CEA (Direction des Sciences de la Matière) et le Space Sciences Laboratory (Université de Californie Berkeley). Les microcircuits IDeF-X, conçus et réalisés au CEA (Irfu-SEDI et SAp), offrent un gain de poids et de puissance appréciable par rapport aux circuits existants. Ils seront associés à des matrices de détecteurs silicium développés à Berkeley pour l’exploration des plasmas dans la magnétosphère terrestre et le vent solaire. Cet accord ouvre la voie à la réalisation d’une toute nouvelle génération d’instruments scientifiques qui vont équiper notamment le microsatellite CINEMA dont le lancement est prévu le 30 juin 2012, à bord d’une fusée ATLAS 5 depuis la base de Vandenberg. Il s’agira vraisemblablement du tout premier vol d’un IDeF-X dans l’espace. D’autres missions suivront, le compte à rebours est lancé !
Microcircuits pour l'espace
Les détecteurs astronomiques spatiaux sont capables de capter la lumière du cosmos à différentes énergies et de la transformer en un signal électrique mesurable. Chaque détecteur doit donc être associé à un circuit électronique capable de détecter, amplifier et mesurer le courant électrique produit. Les contraintes de l’environnement spatial imposent à ces circuits de détection d’être à la fois performants, très compacts et de très faible consommation. Une grande partie de la recherche technologique est dans la conception et la réalisation de ces microcircuits aussi appelés ASIC (pour « Application-Specific Integrated Circuit » ou circuit intégré à application spécialisée).
Les microcircuits développés au CEA ont été en particulier optimisés pour la détection et le traitement de signaux électriques issus de détecteurs spatiaux de rayons X comme ceux initialement proposés pour la mission spatiale Simbol-X. Ils regroupent des milliers de composants dans des dizaines de chaines d’acquisition et permettent ainsi de lire les signaux de matrices constituées de nombreux détecteurs individuels. Leurs caractéristiques de puissance, basse consommation et faible bruit offrent notamment une précision inégalée dans la mesure de l’énergie de la lumière.
Spectre d'une source radioactive d'Americium-241 mesuré grâce à un circuit IDeF-X, connecté à une diode silicium de Berkeley de 7.69 mm2. La très bonne précision sur la mesure de l'énergie, environ 600 eV à mi hauteur de la raie à 13.9 keV ainsi que le seuil bas de détection proche de 1,5 keV sont dus en partie au faible bruit du circuit de lecture. Crédits CEA (O. Limousin et O. Gevin), SSL (Pr. R. Lin) et LBNL (C. Tindall).
Les circuits intégrés de nouvelle génération, baptisés IDeF-X (interface pour détecteur d’imagerie à rayons X), ont été aujourd'hui sélectionnés pour équiper la série d'instruments scientifiques STEIN (SupraThermal Electrons, Ions and Neutrals) conçus pour l'exploration des particules cosmiques du vent solaire et du milieu interstellaire. Ils seront associés à une matrice de détecteurs au silicium conçus et réalisés par le Laboratoire National Lawrence Berkeley (Californie, USA). Le premier STEIN constituera une partie de la charge utile du microsatellite CINEMA qui doit être lancé le 30 juin 2012.
Circuit IDeF-X constitué de 32 chaînes de détection bas bruit, basse consommation. La version BD d’IDeF-X est la mieux adaptée aux diodes silicium de Berkeley. Taille réelle 6,54mm x 2,95mm / Crédits : O. Limousin – CEA.
L'accord de collaboration qui vient d'être signé intervient à peine plus d’un an après les premiers échanges entre les deux équipes sur de possibles applications scientifiques spatiales. L’association des technologies françaises et américaines permet l’augmentation significative du nombre de détecteurs et donc de la sensibilité dans une bande d’énergie étendue de ~2 keV à 180 keV. L’autre atout crucial concerne la masse et la puissance que ces instruments représentent pour le satellite, ces deux caractéristiques étant bien inférieures aux versions antérieures de ces instruments. Outre la collaboration technique dans un domaine technologique de pointe, cet accord ouvre la voie à de nombreux programmes spatiaux en perspective et à des collaborations scientifiques nouvelles, notamment dans le domaine de la physique solaire.
Le satellite CINEMA, dont le lancement est prévu le 30 juin 2012, emportera des circuits intégrés IDeF-X associés à des matrices de détecteurs silicium pour l’exploration des plasmas dans l'environnement terrestre. Il est destiné à mesurer le champ magnétique et les particules chargées dans l'espace proche de la Terre.
"Caliste 256: A CdTe imaging spectrometer for space science with a 580 μm pixel pitch"
O. Limousin, F. Lugiez, O. Gevin, A. Meuris, C. Blondel, E. Delagnes, M. Donati, I. Le Mer, J. Martignac, F. Pinsard, M.C. Vassal, R. Bocage, F. Soufflet
publié dans "Nuclear Instruments and Methods in Physics" Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 647, Issue 1, 11 August 2011, Pages 46-54
"IDeF-X ECLAIRs: A CMOS ASIC for the Readout of CdTe and CdZnTe Detectors for High Resolution Spectroscopy"
Gevin, O.; Baron, P.; Coppolani, X.; Daly, F.; Delagnes, E.; Limousin, O.; Lugiez, F.; Meuris, A.; Pinsard, F.; Renaud, D.;
Nuclear Science, IEEE Transactions, 2009, Volume: 56 , Issue: 4 , Part: 3, pp: 2351 - 2359
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• Détection des rayonnements › Détecteurs pour la physique des 2 infinis Structure et évolution de l'Univers
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