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    Étude et réalisation d'une matrice de détecteurs bolométriques de très haute résolution. Intérêt d'une conception en couches minces

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    There has been considerable development in the field of bolometric detectors in the last decade, which is evidence of the power and the sensitivity of the thermal measurement of a deposited energy. Our study is aimed at a search for the ultimate resolution in energy and position. We have developed an ultrahigh vacuum system that makes possible the optimisation of the deposition conditions, the adhesion and the thermal treatment of the detectors, due to the ability to transfer the substrate between the different chambers of the system, without leaving the ultrahigh vacuum environment. This system has enabled us to develop an all thin film bolometer, centred on a 10 nm thick thermometric film, of very low heat capacity and very high sensitivity, due to the metal-insulator transition properties. The volume and the shape of each bolometer element are defined by mechanical masking and ionic etching, which enables us to define the heat capacity, the thermal response time and the electrical impedance of each element by controlling the film thickness and shape factor. Two bolometer prototypes have been fabricated using this method. One is dedicated to space astrophysics, and the other one for calorimetric measurements of atomic monolayers. We show that a limit on the size reduction of active volume of the thermometric material appears at low temperature, and that this limit is linked to the rapid decrease of the electron-phonon coupling with temperature. We give a theoretical evaluation of this for a 10µm by 11µm microbolometer. This leads us to show that the reduction of the operating temperature does not give the optimum working conditions in the case of a microbolometer.Le développement considérable des détecteurs bolométriques au cours de la dernière décennie témoigne de la puissance et de la sensibilité de la mesure thermique d'un dépôt d'énergie. Notre étude se situe dans le cadre de la recherche d'une résolution ultime en énergie et en position. Nous avons mis au point un dispositif ultravide qui a rendu possible l'optimisation des conditions de dépôt, d'adhésion et de traitement thermique des détecteurs, grâce à la capacité de transférer l'échantillon entre les différentes enceintes, sans remise à l'air. Cet appareillage nous a permis de développer un bolomètre entièrement constitué de films minces, centré sur un matériau thermométrique de 10 nm d'épaisseur, ayant une très faible capacité calorifique et une très bonne sensibilité, grâce aux propriétés de la transition métal-isolant. Le volume et la forme de chacun des éléments du bolomètre composite sont définis par un masquage mécanique et une gravure ionique, ce qui nous permet de concevoir un détecteur pour lequel la capacité calorifique, le temps de réponse thermique et l'impédance électrique de chaque élément peuvent être définis en jouant sur l'épaisseur des films et leur facteur de forme. Deux bolomètres prototypes ont été fabriqués par cette méthode. L'un est destiné à l'astrophysique spatiale, l'autre est destiné à des mesures calorimétriques de monocouches atomiques. Nous montrons qu'une limite à la réduction de la taille du volume actif du matériau apparaît à basse température, et que cette limite est liée à la décroissance très rapide du couplage électron-phonon avec la température. Elle est évaluée, sur le plan théorique, pour un microbolomètre de 10 µm par 11 µm. Ceci nous conduit à montrer que la réduction de la température de fonctionnement aux plus basses températures ne représente pas un optimum pour un microbolomètre
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