Optimisation du pouvoir de résolution et du rejet du fond radioactif de détecteurs ionisation-chaleur équipés de couches minces thermométriques pour la détection directe de WIMPS

Abstract

Pour la recherche de la matière noire sous forme de WIMPs l expérience EDELWEISS utilise des détecteurs ionisation-chaleur qui permettent de les discriminer du fond radioactif. Cette méthode est limitée par les évènements à collecte incomplète de charge qui ont lieu près des électrodes. Dans le but de les identifier et rejeter ces évènements, des détecteurs équipés de couches minces servant à la fois de thermomètres, sensibles au régime thermique transitoire (régime athermique), et des électrodes de collecte sont développés. Leur optimisation en terme de rejet des évènements de surface et la modélisation des processus physiques permettant cette identification font l objet de cette thèse. L optimisation doit conserver une résolution en énergie qui conduise à un seuil de l ordre de 30 KeV et un volume fiduciel de détecteur maximal. Ce travail explore quatre générations de détecteurs qui correspondent à des évolutions successives de leur conception. Dans tous les cas l électrode-thermomètre est une couche mince de NbSi amorphe de type isolant d Anderson polarisée par deux peignes interdigités en Niobium. En dépit des progrès réalisés la génération la plus aboutie ne présente pas les performances requises pour l expérience EDELWEISS II. L étude menée à montré la difficultés de la modélisation des signaux thermique transitoires car la collecte des charges y apporte des contributions complexes. Des pistes émergent de ce travail pour explorer de nouvelles configurations de ces détecteurs afin d exploiter mieux le régime athermique pour améliorer le pouvoir de rejet et la résolution.The EDELWEISS experiment is searching for direct evidence of dark matter in the form of WIMPs. The detectors used are ionization-heat bolometers that enable radioactive background rejection. This method is currently limited by imcomplete charge collection events that occur near the electrodes. In order to indentify and reject those events, we have developed equipped with thin films which are both the thermometer, sensitive to the transitory athermal regime, and the collection electrodes. This thesis has focused on the optimization of the surface events rejection and on the modelling of the physical process at play identification of such events. The optimization should be achieved wile keeping an energy resolution ensuring a threshold fiducial volume. This work analyses and synthesises four generation of such detectors, corresponding to successive evolutions in the conception. In all cases the electrode-thermometer is an amorphous NbSi Anderson insulator thin film polarized via two interleaved niobium electrodes. Although we have achieved undeniable progress in the detectors characteristics, the latest generation does not present the required performances for the EDELWEISS II experiment. The study performed has underlined the difficulty in modelling the transitory thermal signals due to the complex contribution of charge collection, but new leads have thus emerged on novel configurations that would make letters use of the athermal regime to improve the rejection and the resolution.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF