3D Silicon Coincidence Avalanche Detector (3D-SiCAD) for Hadrontherapy and Proton Tomography : Preliminary Results on Charged Particle Detection
Résumé
Ce travail vise à démontrer les capacités d’un nouveau type de détecteur de particules chargées, bénéficiant des progrès récents en intégration microélectronique 3D, pour des applications médicales avancées telles que l’hadronthérapie (ex. réduction des incertitudes dans la fluence pour délivrer la bonne dose, étiquetage précis d'un temps d'arrivée des ions pour la sélection en temps de vol des rayons gamma prompts) et la radiographie - tomographie proton (ex. filtrage des neutrons et des rayons gamma, amélioration potentielle de la résolution spatiale).Ce détecteur intégré en technologie CMOS est appelé 3D-SiCAD (3D Silicon Coincidence Avalanche Detector).Il met en oeuvre un mode de coïncidence interne innovant, objet d’une forte activité R&D au niveau international, basé sur un empilement vertical de pixels de type SPAD -Single Photon Avalanche Diode (mode Geiger) permettant d’améliorer significativement la discrimination entre les évènements liés au passage de particules (déclenchement simultané de deux pixels) et le bruit intrinsèque. L’originalité de notre démarche consiste en l’application de ce concept innovateur aux applications médicales.Les étapes de conception du premier prototype ainsi que les principaux résultats obtenus seront présentés avec notamment :i) les performances de la diode SPAD seule réalisée en technologie CMOS 0.35μm avec par exemple un taux de comptage dans l’obscurité moyen de 70Hz/μm²,ii) la démonstration expérimentale de la diminution du bruit apparent (taux de comptage de faux événements) grâce à la détection en coïncidence dans une courte fenêtre temporelle. En pratique, le taux de réjection du bruit peut atteindre un facteur x103 dans les conditions optimales,iii) la mise en oeuvre de cette solution technologique pour la mesure de l’activité d’une source de strontium.Finalement les performances actuelles, les pistes d’amélioration possibles ainsi qu’une revue des travaux en cours et futurs seront brièvement discutés.