Le CPPM, par l'intermédiaire du groupe Renoir, est impliqué dans la préparation de l'instrument NISP (Near-Infrared SpectroPhotometer) pour la mission Euclid. La première activité dans laquelle le groupe est impliqué sont les détecteurs infrarouges de l'instrument NISP (des caméras sensibles à la partie proche infrarouge du specte électromagnétique de la lumière -entre 1100 et 2000 nm-). Les détecteurs sont testés et livrés au consortium Euclid par la NASA. 20 détecteurs seront sélectionnés comme détecteurs "de vol" et livrés au CPPM pour être caractérisés et intégrés sur le plan focal de l'instrument NISP. L'instrument sera ensuite livré à l'ESA en 2018.
Les détecteurs infrarouges sont issus d'une technologie dites hybrides, similaire à ce qui est utilisée pour les détecteurs de type CMOS (les capteurs des caméras grand public). Cette technologie hybride est le couplage entre la zone de détection et la zone de lecture qui sont composées de matériaux différents (respectivement du tellurure de cadmium mercure -HgCdTe- et du silicium -Si-).
La caractérisation de détecteurs de vol doit fournir une cartographie des paramètres définissant la réponse des pixels afin de pouvoir répondre aux besoins du traitement des données brutes. Les cartes de la caractérisation se regroupent en deux catégories, celles qui nécessite une illumination en champ plat et celles qui requièrent de ne pas avoir de lumière. Les principaux paramètres qu'il est nécessaire de connaître sont le bruit total du détecteur lié à son mode de lecture, ainsi que la non-linéarité, le gain de conversion, la capacité inter pixel et la persistance.
La caractérisation des détecteurs de vol se doit de préserver l'intégrité des détecteurs livrés et d'évaluer leur performance dans les mêmes conditions que lors de la mission. Cela veut dire que ces détecteurs doivent fonctionner à des températures allant de 85 à 100 Kelvins et à des pressions de l'ordre de 10-6 mbar.
Afin de pouvoir atteindre ces conditions expérimentales pour les détecteurs, il est nécessaire d'utiliser ce qu'on appelle un cryostat. Ce cryostat est une enceinte fermée dans laquelle on pompe l'air pour diminuer la pression jusqu'à 10-6 mbar (1 millions de fois moins que la pression atmosphérique), une fois la pression désirée atteinte, on fait descendre la température du banc de tests (et donc des détecteurs) à l'aide d'équipements cryogéniques.
Pour la caractérisation des détecteurs, plusieurs paramètres doivent être calculés. La difficulté consiste à obtenir les données nécessaire à l'analyse. Il faut d'une part posséder l'instrumentation adéquate pour les mesures et ensuite développer des outils d'analyse pour sortir les résultats.
Plan focal du cryostat Andromède. @ Benoît SERRA.
L'instrumentation nécessaire dépend des paramètres qu'il faut calculer. Par exemple, pour mesurer le courant d'obscurité, il faut déterminer la réponse du détecteur en l'absence de sources de photons incidents. Il faut donc isoler les détecteurs de possibles sources de lumière. Ainsi, pour chacun des paramètres, on définit un ensemble d'instruments ou de pièces mécaniques nécessaires:
Schéma de conception du cryostat de caractérisation Pégase. @ Philippe LAGIER.
Nous avons ainsi deux cryostats entièrement équipés pour la caractérisation de ces détecteurs de vol. Ces cryostats ont été montés dans une salle blanche (Vidéo ci-dessous) afin de contrôler le taux de poussières auquel les détecteurs peuvent être exposés.
Par Benoît Serra