Projet MAPS - Détecteurs à pixels
Offrant des avancées technologiques décisives pour la physique des particules ou dans le domaine de la santé, les détecteurs monolithiques à pixels actifs (MAPS) ont ouvert une voie nouvelle pour la mesure des trajectoires de particules chargées. Au coeur de cette innovation, l’équipe du Centre de compétence des capteurs CMOS à Pixels Intégrés – C4PI – de l’IPHC qui, depuis la fin des années 1990, a eu un rôle décisif dans la maturation de ces technologies.
Un capteur MAPS est constitué d’un bloc de silicium intégrant à la fois le substrat de détection et l’électronique de traitement du signal. Chaque pixel, minuscule carré de 20 micromètres de côté, capte les traces des particules qui le traversent et indique au système qu’il est touché. En combinant plusieurs matrices de pixels, il est possible de reconstruire leur trajectoire avec une précision de l’ordre de quelques micromètres.
Cette prouesse, fruit d’un travail collectif et visionnaire associant physiciens, ingénieurs et techniciens, est dérivée de la technologie CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor. Après 12 ans de maturation technologique, elle présente désormais de nombreux atouts : un coût modéré, une faible consommation
d’énergie, et une excellente résolution spatiale.
La première utilisation des MAPS a eu lieu en 2011 dans le cadre du détecteur STAR à Brookhaven, États-Unis. Les capteurs développés à l’IPHC ont permis, pour la première fois, d’identifier des hadrons contenant un quark charmé, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans l’étude des interactions fondamentales.
Le succès de cette innovation s’est poursuivi avec l’installation en 2021 du détecteur ITS2, entièrement composé de détecteurs MAPS, dans l’expérience ALICE au CERN, dédiée à l’étude des collisions d’ions lourds. Ce trajectographe, le plus performant jamais conçu, a également bénéficié de l’expertise de l’équipe strasbourgeoise pour la conception de la puce ALPIDE.
Au-delà de la physique fondamentale, les MAPS ont trouvé des applications dans des secteurs variés, notamment la santé. Plus de 30 sortes de capteurs ont été développés à l’IPHC pour des usages allant de la hadronthérapie à la vision nocturne, en passant par l’imagerie biologique.
Grâce à l’expertise de l’équipe, les MAPS s’imposent désormais comme une technologie clé pour de futurs projets scientifiques et industriels, En étroit partenariat avec les chercheurs, le C4PI, fort à présent de 22 ingénieurs, ouvre des perspectives prometteuses : à moyen terme pour une expérience située au Japon
testant les symétries fondamentales de notre univers ; et à plus long terme pour la prochaine usine à bosons de Higgs, un projet mondial porté par le CERN.