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DAMIC-M obtient le record mondial de précision de lecture d’un CCD avec une résolution de 7% sur le signal d’un électron unique

par Sophie Trincaz - 3 octobre 2019

L’équipe DAMIC-M du LPNHE qui développe en collaboration étroite avec l’Université de Chicago et l’Université de Washington
une expérience de détection directe de matière noire à base de CCD vient de démontrer avec ses partenaires les capacités
uniques de ses capteurs.

Grace à un mode de lecture non destructif des pixels du CCD (NDCM pour Non Destructive Charge Measurements) une mesure rapide mais répétée de nombreuses fois permet de s’affranchir à la fois du bruit thermique (proportionnel à la fréquence de lecture) et du bruit électronique (inversement proportionnel à la fréquence de lecture).
En effet un nombre élevé de mesures diminue le bruit thermique car le temps d’integration total s’allonge tandis que pour chaque
mesure, rapide, la contribution du bruit électronique est négligeable. Le bruit de mesure total diminue donc comme la racine carrée
du nombre de mesures (1/sqrt(N)).

Avec un temps de mesure de 10 micro-secondes et 3000 mesures consécutives l’équipe a atteint une résolution
à l’électron unique de 7% soit près de 30 fois mieux que les meilleurs détecteurs actuels.

La première figure montre le pic de l’électron unique, avec celui des pixel vide et ceux contenant 2 électrons. Notons
que cette résolution permet d’avoir une calibration immédiate du détecteur en donnant la conversion e-/ADU directement.

La deuxième figure montre l’évolution du bruit de lecture (la largeur des pics précédents) avec le nombre de mesures non
destructives (NDCMs).

Contact au laboratoire : Antoine Letessier-Selvon

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