{"id":21064,"date":"2020-07-13T10:13:18","date_gmt":"2020-07-13T10:13:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/quest-ce-que-le-detecteur-au-germanium-principe-de-fonctionnement-definition\/"},"modified":"2020-07-13T10:13:18","modified_gmt":"2020-07-13T10:13:18","slug":"quest-ce-que-le-detecteur-au-germanium-principe-de-fonctionnement-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/fr\/quest-ce-que-le-detecteur-au-germanium-principe-de-fonctionnement-definition\/","title":{"rendered":"Qu&rsquo;est-ce que le d\u00e9tecteur au germanium &#8211; Principe de fonctionnement &#8211; D\u00e9finition"},"content":{"rendered":"<div class=\"su-quote su-quote-style-default\">\n<div class=\"su-quote-inner su-u-clearfix su-u-trim\">D\u00e9tecteur de germanium &#8211; Principe de fonctionnement.\u00a0Le fonctionnement des d\u00e9tecteurs semi-conducteurs est r\u00e9sum\u00e9 dans les points suivants: Le rayonnement ionisant p\u00e9n\u00e8tre dans le volume sensible (cristal de germanium) \u2026\u2026 Dosim\u00e9trie des rayonnements<\/div>\n<\/div>\n<div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\"><\/div>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<figure id=\"attachment_26112\" class=\"wp-caption alignright\" aria-describedby=\"caption-attachment-26112\"><a href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-Germanium.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"size-medium wp-image-26112 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-Germanium-300x204.png\" alt=\"D\u00e9tecteur HPGe - Germanium\" width=\"300\" height=\"204\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-Germanium-300x204.png\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-26112\" class=\"wp-caption-text\">D\u00e9tecteur HPGe avec cryostat LN2 Source: canberra.com<\/figcaption><\/figure>\n<p><strong>Les d\u00e9tecteurs \u00e0 semi-conducteur \u00e0 base de germanium<\/strong>\u00a0sont les plus couramment utilis\u00e9s lorsqu&rsquo;une\u00a0<strong>tr\u00e8s bonne r\u00e9solution \u00e9nerg\u00e9tique<\/strong>\u00a0est requise, en particulier pour\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/gamma-spectroscopy\/\"><strong>la spectroscopie gamma<\/strong><\/a>\u00a0, ainsi que la spectroscopie aux rayons X.\u00a0En spectroscopie gamma, le germanium est pr\u00e9f\u00e9r\u00e9 en raison de son num\u00e9ro atomique beaucoup plus \u00e9lev\u00e9 que le silicium et qui augmente la probabilit\u00e9 d&rsquo;interaction des rayons gamma.\u00a0De plus, le germanium a une \u00e9nergie moyenne inf\u00e9rieure n\u00e9cessaire pour cr\u00e9er une paire \u00e9lectron-trou, qui est de 3,6 eV pour le silicium et de 2,9 eV pour le germanium.\u00a0Cela donne \u00e9galement \u00e0 ce dernier une meilleure r\u00e9solution en \u00e9nergie.\u00a0En revanche, pour atteindre une efficacit\u00e9 maximale, les d\u00e9tecteurs doivent fonctionner aux tr\u00e8s basses temp\u00e9ratures de l&rsquo;azote liquide (-196 \u00b0 C), car \u00e0 temp\u00e9rature ambiante le bruit provoqu\u00e9 par l&rsquo;excitation thermique est tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9.<\/p>\n<h2>D\u00e9tecteur de germanium &#8211; Principe de fonctionnement<\/h2>\n<p>Le fonctionnement des d\u00e9tecteurs semi-conducteurs est r\u00e9sum\u00e9 dans les points suivants:<\/p>\n<ul>\n<li><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power\/reactor-physics\/atomic-nuclear-physics\/radiation\/ionizing-radiation\/\">Le rayonnement ionisant<\/a>\u00a0p\u00e9n\u00e8tre dans le volume sensible (\u00a0<strong>cristal de germanium<\/strong>\u00a0) du d\u00e9tecteur et interagit avec le mat\u00e9riau semi-conducteur.<\/li>\n<li>Le photon de haute \u00e9nergie traversant le d\u00e9tecteur ionise les atomes de semi-conducteur, produisant les\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/what-are-semiconductors-properties-of-semiconductors\/electron-hole-pair\/\">paires \u00e9lectron-trou<\/a>\u00a0.\u00a0Le nombre de paires \u00e9lectron-trou est proportionnel \u00e0 l&rsquo;\u00e9nergie du rayonnement vers le semi-conducteur.\u00a0En cons\u00e9quence, un certain nombre d&rsquo;\u00e9lectrons sont transf\u00e9r\u00e9s de la bande de valence \u00e0 la bande de conduction, et un nombre \u00e9gal de trous sont cr\u00e9\u00e9s dans la bande de valence.<\/li>\n<li>Comme le germanium peut avoir une \u00e9paisseur sensible et \u00e9puis\u00e9e de quelques centim\u00e8tres, il est capable d&rsquo;\u00a0<strong>absorber totalement les photons de haute \u00e9nergie<\/strong>\u00a0\u00a0(jusqu&rsquo;\u00e0 quelques MeV).<\/li>\n<li>Sous l&rsquo;influence d&rsquo;un champ \u00e9lectrique, les \u00e9lectrons et les trous se d\u00e9placent vers les \u00e9lectrodes, o\u00f9 ils produisent une impulsion qui peut \u00eatre mesur\u00e9e dans un circuit ext\u00e9rieur.<\/li>\n<li>Cette impulsion transporte des informations sur l&rsquo;\u00e9nergie du rayonnement incident d&rsquo;origine.\u00a0Le nombre de ces impulsions par unit\u00e9 de temps donne \u00e9galement des informations sur l&rsquo;intensit\u00e9 du rayonnement.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Dans tous les cas, un photon d\u00e9pose une partie de son \u00e9nergie sur son trajet et peut \u00eatre totalement absorb\u00e9.\u00a0L&rsquo; absorption totale d&rsquo;un photon 1 MeV produit environ 3 x 10\u00a0<sup>5<\/sup>\u00a0paires \u00e9lectron-trou.\u00a0Cette valeur est mineure par rapport au nombre total de porteurs libres dans un\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/types-of-semiconductors\/intrinsic-semiconductor-pure-semiconductor\/\">semi-conducteur intrins\u00e8que de<\/a>\u00a01 cm\u00a0<sup>3<\/sup>\u00a0.\u00a0Les particules traversant le d\u00e9tecteur ionisent les atomes de semi-conducteur, produisant les paires \u00e9lectron-trou.\u00a0Mais dans les d\u00e9tecteurs \u00e0 base de germanium \u00e0 temp\u00e9rature ambiante, l&rsquo;\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/what-are-semiconductors-properties-of-semiconductors\/optical-and-thermal-excitation\/\"><strong>excitation thermique<\/strong><\/a>\u00a0est dominante.\u00a0Elle est caus\u00e9e par des impuret\u00e9s, une irr\u00e9gularit\u00e9 du r\u00e9seau de structure ou par un\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/types-of-semiconductors\/what-is-dopant-in-semiconductors\/\">dopant<\/a>\u00a0.\u00a0Cela d\u00e9pend fortement de l&rsquo;\u00a0<sub>\u00e9cart<\/sub>\u00a0E(distance entre la valence et la bande de conduction), ce qui est tr\u00e8s faible pour le germanium (Egap = 0,67 eV).\u00a0\u00c9tant donn\u00e9 que l&rsquo;excitation thermique entra\u00eene le bruit du d\u00e9tecteur, un refroidissement actif est n\u00e9cessaire pour certains types de semi-conducteurs (par exemple le germanium).<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/germanium-semiconductor-energy-gap.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"alignright size-medium wp-image-26568 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/germanium-semiconductor-energy-gap-300x207.png\" alt=\"Germanium - semi-conducteur\" width=\"300\" height=\"207\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/germanium-semiconductor-energy-gap-300x207.png\" \/><\/a>Notez que, un\u00a0\u00e9chantillon de\u00a01 cm\u00a0<sup>3<\/sup>\u00a0de germanium pur \u00e0 20 \u00b0 C contient environ 4,2 \u00d7 10\u00a0<sup>22<\/sup>\u00a0atomes, mais contient \u00e9galement environ 2,5 x 10\u00a0<sup>13<\/sup>\u00a0\u00e9lectrons libres et 2,5 x 10\u00a0<sup>13<\/sup>\u00a0trous g\u00e9n\u00e9r\u00e9s en permanence \u00e0 partir de l&rsquo;\u00e9nergie thermique.\u00a0Comme on peut le voir, le rapport signal \/ bruit (S \/ N) serait minime (comparez-le avec 3 x 10\u00a0<sup>5<\/sup>\u00a0paires \u00e9lectron-trou).\u00a0L&rsquo;ajout de 0,001% d&rsquo;arsenic (une impuret\u00e9) donne un suppl\u00e9ment de 10\u00a0<sup>17<\/sup>des \u00e9lectrons libres dans le m\u00eame volume et la conductivit\u00e9 \u00e9lectrique est augment\u00e9e d&rsquo;un facteur 10 000. Dans un mat\u00e9riau dop\u00e9, le rapport signal \/ bruit (S \/ N) serait encore plus petit. Le germanium ayant une bande interdite relativement faible, ces d\u00e9tecteurs doivent \u00eatre refroidis afin de r\u00e9duire la g\u00e9n\u00e9ration thermique des porteurs de charge (donc le courant de fuite inverse) \u00e0 un niveau acceptable. Sinon, le bruit induit par le courant de fuite d\u00e9truit la r\u00e9solution \u00e9nerg\u00e9tique du d\u00e9tecteur.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<h3><span>Application des d\u00e9tecteurs au germanium &#8211; Spectroscopie gamma<\/span><\/h3>\n<p><span>Comme il a \u00e9t\u00e9 \u00e9crit, l&rsquo;\u00e9tude et l&rsquo;analyse des spectres de rayons gamma \u00e0 des fins scientifiques et techniques sont appel\u00e9es spectroscopie gamma, et les spectrom\u00e8tres \u00e0 rayons gamma sont les instruments qui observent et collectent ces donn\u00e9es.\u00a0Un spectrom\u00e8tre \u00e0 rayons gamma (GRS) est un appareil sophistiqu\u00e9 pour mesurer la distribution d&rsquo;\u00e9nergie du rayonnement gamma.\u00a0Pour la mesure des rayons gamma au-dessus de plusieurs centaines de keV, il existe deux cat\u00e9gories de d\u00e9tecteurs d&rsquo;importance majeure,\u00a0\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/scintillation-counter-scintillation-detector\/naitl-scintillators\/\"><strong><span>les scintillateurs inorganiques comme le NaI (Tl)<\/span><\/strong><\/a><span>\u00a0\u00a0et\u00a0<strong>les d\u00e9tecteurs semi<\/strong>\u00a0&#8211;\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>conducteurs<\/span><\/strong><span>.\u00a0Dans les articles pr\u00e9c\u00e9dents, nous avons d\u00e9crit la spectroscopie gamma \u00e0 l&rsquo;aide d&rsquo;un d\u00e9tecteur \u00e0 scintillation, qui se compose d&rsquo;un cristal scintillateur appropri\u00e9, d&rsquo;un tube photomultiplicateur et d&rsquo;un circuit de mesure de la hauteur des impulsions produites par le photomultiplicateur.\u00a0Les avantages d&rsquo;un compteur \u00e0 scintillation sont son efficacit\u00e9 (grande taille et haute densit\u00e9) et la haute pr\u00e9cision et les taux de comptage possibles.\u00a0En raison du nombre atomique \u00e9lev\u00e9 d&rsquo;iode, un grand nombre de toutes les interactions entra\u00eeneront une absorption compl\u00e8te de l&rsquo;\u00e9nergie des rayons gamma, de sorte que la fraction photo sera \u00e9lev\u00e9e.<\/span><\/p>\n<figure id=\"attachment_26113\" class=\"wp-caption alignright\" aria-describedby=\"caption-attachment-26113\"><a href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-spectrum.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"wp-image-26113 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-spectrum.png\" alt=\"Spectre du d\u00e9tecteur HPGe\" width=\"331\" height=\"276\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-spectrum.png\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-26113\" class=\"wp-caption-text\"><span>Figure: L\u00e9gende: Comparaison des spectres NaI (Tl) et HPGe pour le cobalt-60.\u00a0Source: Radioisotopes et m\u00e9thodologie de rayonnement I, II.\u00a0Soo Hyun Byun, notes de cours.\u00a0Universit\u00e9 McMaster, Canada.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n<p><span>Mais si une\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>r\u00e9solution \u00e9nerg\u00e9tique parfaite<\/span><\/strong><span>\u00a0\u00a0est requise, nous devons utiliser un\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>d\u00e9tecteur \u00e0 base de germanium<\/span><\/strong><span>\u00a0, tel que le\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>d\u00e9tecteur HPGe<\/span><\/strong><span>\u00a0.\u00a0Les d\u00e9tecteurs \u00e0 semi-conducteur \u00e0 base de germanium sont les plus couramment utilis\u00e9s lorsqu&rsquo;une tr\u00e8s bonne r\u00e9solution \u00e9nerg\u00e9tique est requise, en particulier pour\u00a0\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/gamma-spectroscopy\/\"><strong><span>la spectroscopie gamma<\/span><\/strong><\/a><span>\u00a0, ainsi que la\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>spectroscopie aux rayons X<\/span><\/strong><span>.\u00a0En spectroscopie gamma, le germanium est pr\u00e9f\u00e9r\u00e9 en raison de son num\u00e9ro atomique beaucoup plus \u00e9lev\u00e9 que le silicium et qui augmente la probabilit\u00e9 d&rsquo;interaction des rayons gamma.\u00a0De plus, le germanium a une \u00e9nergie moyenne inf\u00e9rieure n\u00e9cessaire pour cr\u00e9er une paire \u00e9lectron-trou, qui est de 3,6 eV pour le silicium et de 2,9 eV pour le germanium.\u00a0Cela donne \u00e9galement \u00e0 ce dernier une meilleure r\u00e9solution en \u00e9nergie.\u00a0La FWHM (pleine largeur \u00e0 moiti\u00e9 maximum) pour les d\u00e9tecteurs au germanium est fonction de l&rsquo;\u00e9nergie.\u00a0Pour un photon de 1,3 MeV, la FWHM est de 2,1 keV, ce qui est tr\u00e8s faible.<\/span><\/p>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights lgc-first lgc-last\">\n<div tabindex=\"0\" role=\"button\">\n<p>&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;.<\/p>\n<p>Cet article est bas\u00e9 sur la traduction automatique de l&rsquo;article original en anglais. Pour plus d&rsquo;informations, voir l&rsquo;article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la \u00e0 l&rsquo;adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous appr\u00e9cions votre aide, nous mettrons \u00e0 jour la traduction le plus rapidement possible. Merci<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>D\u00e9tecteur de germanium &#8211; Principe de fonctionnement.\u00a0Le fonctionnement des d\u00e9tecteurs semi-conducteurs est r\u00e9sum\u00e9 dans les points suivants: Le rayonnement ionisant p\u00e9n\u00e8tre dans le volume sensible (cristal de germanium) \u2026\u2026 Dosim\u00e9trie des rayonnements D\u00e9tecteur HPGe avec cryostat LN2 Source: canberra.com Les d\u00e9tecteurs \u00e0 semi-conducteur \u00e0 base de germanium\u00a0sont les plus couramment utilis\u00e9s lorsqu&rsquo;une\u00a0tr\u00e8s bonne r\u00e9solution \u00e9nerg\u00e9tique\u00a0est &#8230; <a title=\"Qu&rsquo;est-ce que le d\u00e9tecteur au germanium &#8211; Principe de fonctionnement &#8211; D\u00e9finition\" class=\"read-more\" href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/fr\/quest-ce-que-le-detecteur-au-germanium-principe-de-fonctionnement-definition\/\" aria-label=\"En savoir plus sur Qu&rsquo;est-ce que le d\u00e9tecteur au germanium &#8211; Principe de fonctionnement &#8211; D\u00e9finition\">Lire la suite<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[49],"tags":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v15.4 - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>Qu&#039;est-ce que le d\u00e9tecteur au germanium - Principe de fonctionnement - D\u00e9finition<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"D\u00e9tecteur de germanium - Principe de fonctionnement. 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