Caractérisation de l'ASIC HGCROC pour le calorimètre HGCAL de l'expérience CMS au HL-LHC. Evolution pou

Sujet de thèse :
Le calorimètre haute granularité (HGCAL) de l'expérience inaugure une nouvelle génération de calorimètres, dits imageurs, qui permettent par leur fine segmentation de reconstruire plus finement l'énergie des particules, en particulier celles issues des "jets" hadroniques. Ce nouveau type de détecteur a été rendu possible par le développement de circuits intégrés de lecture (ASICs) placés au cœur du détecteur, qui permettent de mesurer précisément la charge déposée ainsi que le temps d'arrivée avec une précision de quelques dizaines de picosecondes. De nombreux effets fins peuvent venir dégrader leur performance, en particulier les taux importants de radiation ou les effets d'empilement et une caractérisation très poussée est nécessaire pour les comprendre et les corriger. De nombreux tests et mesures en banc de test et en faisceau test sur détecteur sont ainsi nécessaires et leur analyse constituera une partie importante de la thèse.

A la lumière de ces résultats, une évolution de l'architecture sera étudiée pour optimiser le circuit pour le calorimètre à argon liquide de la prochaine génération de collisionneurs : le FCC (Futur Circular Collider) au CERN. Celui-ci sera dédié à l'étude approfondie du boson de Higgs découvert au LHC ainsi qu'à ses couplages et la calorimétrie joue ici encore un rôle essentiel. Combiner la performance de l'argon liquide avec la haute granularité nécessaire aux nouveaux calorimètres est un enjeu essentiel de ce développement et l'ASIC de lecture en sera là encore le verrou technologique. En particulier le fonctionnement aux températures cryogéniques (87K) requiert une modélisation particulière des paramètres analogiques des circuits ainsi qu'une forte réduction de la puissance dissipée par l'électronique, bien au delà de l'état de l'art.
Contexte :
OMEGA (Organisation de Micro-Électronique Générale Avancée) est le centre de design de microélectronique en cotutelle CNRS/IN2P3 et École Polytechnique/IPP (situé à Palaiseau). Il est composé d'une équipe d'une douzaine d'ingénieurs en microélectronique concevant des ASICs sophistiqués pour la physique nucléaire, la physique des particules et des détecteurs d'astrophysique.