Conception de détecteurs CMOS optimisés pour l imagerie gamma (application au domaine médical)

Ce travail de thèse concerne l étude et la conception, d une part de nouvelles photodiodes CMOS optimisées pour l imagerie gamma, et d autre part d'un ASIC CMOS de pré-traitement couplé à un PSPMT. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié plusieurs types de photodiodes associées à un circuit d'amplification fonctionnant en mode courant. Ces photodiodes ont été fabriquées en technologie CMOS 0.6 m fournie par la société Austria Micro System (AMS). Chaque pixel contient trois matrices de photodiodes de structure verticale et organisées de la manière suivante : deux pixels de 1mm x 1mm, quatre pixels de 0.5 mm x 0.5mm et seize pixels de 0.2mm x 0.2mm. Le facteur de remplissage est de 98 % et la surface totale du circuit est de 2mm2. Les photodiodes montrent une réponse logarithmique dans l'illumination et sont capables de détecter une source lumineuse verte de faible intensité (moins de 0.5 lux). Afin d'améliorer la sensibilité des photodiodes pour la longueur d'onde correspondant à la couleur bleue, nous avons étudié, dans la deuxième partie de la thèse, des photodiodes de structures différentes: latérales et verticales. Chaque pixel contient trois matrices de photodiodes de tailles respectives 1mm x de 1mm, 0.4mm x de 0.4mm et 0.2mm x de 0.2mm. Pour ce deuxième capteur, fabriqué en technologie AMS CMOS 0.6 m, le facteur de remplissage est aussi de 98 % et la surface totale du circuit est de 2mm2. Les nouvelles photodiodes présentent aussi une réponse logarithmique dans l'illumination et sont sensibles aux sources lumineuses émettant dans le bleu (420 nm) avec une faible puissance, de l ordre de 13 nWatt/mm2. Dans la troisième partie de notre travail, nous avons étudié un ASIC CMOS de pré-traitement couplé à un PSPMT dans le but d amplifier les courants issus de ce photodétecteur et de simplifier l électronique de traitement analogique. Des amplificateurs utilisant des circuits de miroir de courant ainsi que des circuits sommateurs de courant ont été intégrés et fabriqués en technologie CMOS 0.6 m. Cet ASIC peut traiter simultanément des signaux venant de 16 pixels.This work is an investigation about the response of integrated photodiodes and the design of processing circuit of the PSPMT. In the first part of this thesis, we studied several photodiodes sensors including current mirror amplifiers. These photodiodes have been fabricated using a CMOS 0.6 m process from Austria Mikro System (AMS). Each pixel sensor in the array occupies respectively, 1mm x 1mm area, 0.5mm x 0.5mm area and 0.2mm x 0.2mm area with fill factor 98 % and total chip area is 2 square millimeters. The pixels show a logarithmic response in illumination and are capable of detecting very low green light emitting diode (less than 0.5 lux). In order to improve sensitivity of our pixels, the we studied in the second part, vertical and lateral photodiodes structures. For this, a new architecture of pixels with a better response in the blue wavelength has been designed. Each sensor pixel in the array occupies respectively, 1mm x 1mm area, 0.4mm x 0.4mm area and 0.2mm x 0.2mm area with fill factor 98 % and total chip area is also 2 square millimeters and implemented using a CMOS 0.6 m process. The pixels of this second sensor show also a logarithmic response in illumination and are capable of detecting very low blue wavelength (420 nm) with power spectral close to 13 nWatt/mm2. These results allow to use our sensor in new Gamma Camera solid-state concept. In the third part, we designed 4x4 matrix thin-film-transistor (TFT) arrays using current mirror amplifiers. Advantages of current mirror amplifiers are they need less requiring switches and the conversion time is short. The 4x4 TFTs arrays using current mirror circuits have been fabricated using CMOS 0.6 m process and tested with success. The TFTs array can directly process signals coming from 16 pixels in the same node. This enables us to make the summation of the light intensities of close pixels during a reading.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF