a - Fonctionnement des détecteurs au silicium à micropistes

Lorsqu'une particule chargée traverse le silicium, elle produit par ionisation des paires électron-trou le long de sa trajectoire. Le principe de ces détecteurs est d'appliquer un champ électrique qui fait dériver les électrons et les trous dans des directions opposées avant qu'ils ne se recombinent. Dans cette situation, le signal mesuré lors de la collection de ces charges est proportionnel à l'énergie déposée par la particule. Les détecteurs semi-conducteurs doivent être utilisés en polarisation inverse pour permettre l'utilisation de forts champs électriques dans le cristal et ainsi collecter de manière efficace les électrons et les trous. Cette polarisation inverse libère également le silicium des porteurs libres qui induiraient un courant de diffusion bien supérieur au courant provenant des charges produites lors de l'ionisation.

La jonction ``pn'' représente l'élément de base de la plupart des détecteurs au silicium. Cette jonction est simplement la région de transition créée par le passage d'une zone de semi-conducteur dopée n et une zone dopée p. Les électrons de la bande de conduction du silicium type n, dérivent vers la zone dopée p. De façon similaire, les trous de la région dopée p diffusent vers le silicium de type n et se recombinent. Une zone libre de toute charge mobile est alors créée, appelée zone de déplétion.

Lorsque l'on applique une tension positive sur la face dopée n, la zone déplétée croît. Celle-ci est la région effectivement sensible du détecteur et il est donc nécessaire qu'elle soit la plus large possible. Une autre raison pour maximiser cette région est qu'un détecteur complètement déplété minimise la capacité du détecteur. Le détecteur est donc utilisé à une polarisation nominale appelée ``tension de déplétion'' qui le déplète entièrement.

Les particules chargées qui traversent le détecteur produisent environ 20000 paires
électron-trou. Les électrons et les trous dérivent vers les électrodes de collection en induisant un signal sur celles-ci. Le faible nombre de charges collectées nécessite une électronique de lecture à faible bruit.

Les détecteurs au silicium sont des détecteurs très rapides puisque, pour une épaisseur de 300 $\mu$ m, les électrons sont en moyenne collectés au bout de 7 ns et les trous après environ 19 ns. La résolution des détecteurs à micropistes est principalement donnée par deux facteurs: d'une part les processus tels que la diffusion des particules traversant le silicium et les fluctuations statistiques sur l'énergie qu'elles y déposent, d'autre part, des paramètres externes telles la largeur des pistes et la valeur du signal sur bruit.