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25. (FR3066831) MICRODOSIMETRE A STRUCTURE DIAMANT
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MICRODOSIMÈTRE À STRUCTURE DIAMANT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine de la microdosimétrie, notamment à des fins de traitement thérapeutique. Elle concerne un microdosimètre comprenant une ou plusieurs cellules chacune apte à générer des impulsions de courant sous un faisceau incident d'ions ou de protons. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ce dosimètre. Elle trouve notamment des applications en hadronthérapie.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L'hadronthérapie est une méthode de radiothérapie utilisée notamment pour le traitement du cancer. En comparaison à la radiothérapie conventionnelle reposant sur un faisceau de photons, l'hadronthérapie repose sur l'émission d'un faisceau de particules, en particulier des protons et des ions, par exemple des ions carbone. Ses principaux avantages sont la précision de la balistique et l'efficacité biologique. Une des difficultés de l'hadronthérapie est de quantifier les effets biologiques produits par les particules ionisantes sur les cellules d'un patient humain ou animal. La principale grandeur utilisée pour déterminer l'efficacité biologique d'un rayonnement est l'Efficacité Biologique Relative (EBR) ou « Relative Biological Effectiveness » (RBE) en anglais. Pour des conditions identiques données, l'EBR est définie comme étant le rapport Dref / D, où Dref est la dose d'un rayonnement de référence qui produit le même effet que la dose D du rayonnement testé. Le rayonnement de référence est généralement un rayonnement à faible Transfert d'Énergie Linéique (TEL) comme celui du cobalt 60.
La détermination de l'efficacité biologique relative est un processus complexe lié à de nombreux paramètres physiques et biologiques. Dans la mesure où l'EBR est fortement corrélée au Transfert d'Énergie Linéique (TEL) ou « Linear Energy Transfer» (LET) en anglais, des modèles prédictifs pour la détermination de l'EBR sont utilisés dans lesquels le TEL constitue l'une des principales données d'entrée. La mesure précise du TEL est donc essentielle pour la détermination de l'EBR d'un rayonnement donné.
Un microdosimètre permet de mesurer l'énergie linéale et d'en déduire, par « intégration », la dose de rayonnement reçue. Un microdosimètre comprend un ensemble de cellules comportant chacune un volume utile présentant des propriétés analogues à celles des cellules d'un tissu à traiter, en particulier en termes de dimensions et de dépôt d'énergie dans la matière.
Différents types de microdosimètres existent mais ils présentent certaines limitations. En particulier, les compteurs proportionnels équivalents au tissu biologique ou « Tissue-Equivalent Proportional Counters » (TEPC) en anglais sont un premier exemple de microdosimètres. Un tel compteur comprend une sphère plastique enveloppée d'une coquille d'aluminium mise à la masse et remplie d'un gaz équivalent au tissu biologique. Un inconvénient de ce dispositif réside dans la difficulté de le miniaturiser, notamment du fait de la gestion du gaz contenu dans la sphère. Différents microdosimètres à base de silicium ont aussi été développés, par exemple par le Center for Medical Radiation Physics, de l'université de Wollongong, en Australie. Ces dispositifs s'affranchissent de l'utilisation de gaz et permettent d'obtenir une résolution spatiale élevée. Toutefois, le silicium ne présente pas des propriétés analogues à celles d'un tissu biologique. En outre, sous un fort rayonnement ionique ou protonique, le silicium risque d'être endommagé. L'université de Rome Tor Vergata, en Italie, a par ailleurs réalisé un microdosimètre à base de diamant, décrit dans le document C. Verona et al : « Spectroscopie properties and radiation damage investigation of a diamond based Schottky diode for ion-beam therapy microdosimetry », Journal of Applied Physics, 118, 184503 (2015). Ce microdosimètre comprend une couche de diamant dopé au bore formée sur un substrat en diamant haute température et haute pression, et une couche de diamant intrinsèque formée sur la couche de diamant dopé. L'épaisseur du substrat est de l'ordre de 300 micromètres. Une électrode d'aluminium est déposée sur la couche de diamant intrinsèque et une électrode en résine d'argent est déposée sur une surface latérale de la couche de diamant dopé. La structure s'apparente ainsi à une diode Schottky. La disposition latérale de l'une des électrodes rend particulièrement complexe la réalisation d'un microdosimètre comprenant une pluralité de cellules, en particulier sous forme d'un réseau bidimensionnel. Le Center for Medical radiation Physics de l'université de Wollongong a également mis au point un microdosimètre dont le volume utile des cellules est formé dans une plaque de diamant. La plaque de diamant est relativement épaisse et empêche la polarisation des volumes utiles par la mise en place d'électrodes sur ses deux surfaces. En conséquence, il est difficile d'établir un champ électrique homogène et d'intensité suffisante pour obtenir un taux élevé de collecte des charges.
Compte tenu de ce qui précède, les inventeurs se sont fixé pour but de fournir un microdosimètre dont le volume utile des cellules présente des propriétés équivalentes à celles d'un tissu biologique tout en permettant de réaliser des mesures spectroscopiques.
EXPOSÉ DE L'INVENTION À cet effet, l'invention propose un microdosimètre dont le volume utile des cellules est formé dans une membrane de diamant intrinsèque. Ce matériau présente l'avantage de présenter des propriétés proches de celles du tissu biologique en termes d'absorption d'un rayonnement ionisant. En outre, ce matériau est plus résistant aux radiations que les microdosimètres à base de silicium.
Plus précisément, l'invention a pour objet un microdosimètre comprenant une ou plusieurs cellules chacune apte à générer une impulsion de courant lors d'une interaction de la cellule avec une particule. Chaque cellule comprend : un volume utile formé dans une membrane de diamant intrinsèque, une première électrode et une deuxième électrode agencées de part et d'autre de la membrane de diamant intrinsèque, les électrodes étant agencées de sorte que le volume utile soit interposé entre une première électrode et une deuxième électrode, et des moyens de polarisation agencés de manière à former un champ électrique au sein du volume utile entre la première électrode et la deuxième électrode.
Les particules interagissant avec les cellules peuvent notamment être des ions ou des protons d'un faisceau incident.
La membrane de diamant intrinsèque est avantageusement commune à toutes les cellules du microdosimètre. Autrement dit, les volumes utiles de toutes les cellules du microdosimètre sont formés dans une même membrane de diamant intrinsèque.
La membrane de diamant intrinsèque peut notamment être un matériau monocristallin.
La membrane de diamant intrinsèque présente de préférence une épaisseur inférieure à 50 pm (micromètres) et, plus préférentiellement, inférieure à 10 pm. L'épaisseur est par exemple égale à 5 pm.
La membrane de diamant intrinsèque présente avantageusement une première surface et une deuxième surface parallèles entre elles. Chaque volume utile est alors délimité par la première surface de la membrane de diamant intrinsèque, par la deuxième surface de la membrane de diamant intrinsèque et par un contour périphérique reliant ces deux surfaces. Le volume utile d'une cellule, appelé « sensitive volume » en anglais, correspond à la partie de la cellule dans laquelle des charges électriques sont susceptibles de se déplacer pour générer un courant entre les électrodes.
La première électrode peut ainsi être agencée sur la première surface de la membrane de diamant intrinsèque ou sur un élément monté sur cette surface et la deuxième électrode peut être agencée sur la deuxième surface de la membrane ou sur un élément monté sur cette surface.
Les cellules du microdosimètre peuvent être agencées sous forme d'un réseau bidimensionnel. Dans un tel cas, plusieurs cellules du microdosimètre peuvent partager une même première électrode. En particulier, chaque première électrode peut connecter toute une ligne de cellules.
Plusieurs cellules du microdosimètre peuvent également partager une même deuxième électrode. En particulier, une unique deuxième électrode peut connecter l'ensemble des cellules du microdosimètre. La deuxième électrode est par exemple formée par un dépôt recouvrant toute la deuxième surface de la membrane.
La première électrode et la deuxième électrode de chaque cellule peuvent être formées avec un matériau métallique, plusieurs dépôts métalliques empilés ou un dépôt de matériau à base de carbone. Les électrodes sont par exemple formées par une technique de dépôt de couche mince.
Chaque cellule peut présenter un volume utile compris entre 1018 m3 (mètre cube) et 1013 m3. Le volume utile peut notamment être cylindrique. Le diamètre du cylindre est par exemple compris entre 1 pm et 50 pm. La hauteur du cylindre, c'est-à-dire l'épaisseur de la membrane de diamant intrinsèque est par exemple comprise entre 1 pm et 20 pm. Elle est de préférence comprise entre 1 pm et 5 pm.
Selon une première variante de réalisation de l'invention, les moyens de polarisation comprennent, pour chaque cellule, une zone de diamant dopé agencée sur la première surface de la membrane de diamant intrinsèque. Chaque première électrode est alors agencée sur la zone de diamant dopé. Ainsi, la zone de diamant dopé se trouve interposée entre la membrane de diamant intrinsèque et une première électrode.
Le dopage des zones de diamant peut notamment être réalisé au bore ou au phosphore. Le taux de dopage est par exemple compris entre 1018 et 1021 at/cm3 (atomes par centimètre cube).
La zone de diamant dopé peut être formée localement sur la première surface de la membrane de diamant intrinsèque, de manière à recouvrir individuellement le volume utile de chaque cellule. Ainsi, chaque volume utile est en pratique délimité par la zone de diamant dopé formée localement sur la première surface de diamant intrinsèque.
Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, les moyens de polarisation comprennent une source de tension apte à générer une différence de tension entre chaque première électrode et chaque deuxième électrode. La source de tension applique par exemple un potentiel continu non nul à chaque première électrode ou à chaque deuxième électrode. Le potentiel est déterminé en fonction de l'épaisseur de la membrane de diamant intrinsèque. Il est par exemple compris entre 0,3 V/pm (Volt par micromètre) et 10 V/pm.
Les première et deuxième variantes de réalisation sont compatibles entre elles. Ainsi, chaque cellule peut être polarisée uniquement au moyen d'une zone de diamant dopé, uniquement au moyen d'une différence de tension appliquée entre les électrodes, ou par une combinaison de ces deux moyens de polarisation.
Selon une forme particulière de réalisation, chaque cellule comprend une zone dégradée par implantation ionique, chaque zone dégradée par implantation ionique étant formée dans la membrane de diamant intrinsèque, entourant le volume utile et s'étendant sur toute l'épaisseur de la membrane de diamant intrinsèque. Autrement dit, chaque zone dégradée par implantation ionique s'étend entre la première surface et la deuxième surface de la membrane de diamant intrinsèque et est délimitée intérieurement par le contour périphérique du volume utile. Les zones dégradées par implantation ionique présentent une structure cristalline dégradée par le passage d'ions. Elles ont pour effet d'engendrer une recombinaison des charges électriques au sein de la membrane de diamant intrinsèque lors de l'interaction avec un ion ou un proton. En conséquence, l'efficacité de collecte de charge est fortement dégradée et le courant généré sur les électrodes en dehors du volume utile est fortement réduit. Les zones dégradées par implantation ionique permettent ainsi de délimiter les volumes utiles du microdosimètre. La délimitation des volumes utiles par les zones dégradées par implantation ionique peut éventuellement être combinée avec la délimitation par la zone de diamant dopé.
Chaque zone dégradée par implantation ionique est par exemple formée par implantation d'ions carbone et/ou d'ions bore. Les zones modifiées le sont de préférence avec une fluence supérieure ou égale à 1016 ions/cm2. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un microdosimètre tel que décrit ci-dessus. Le procédé comprend successivement : une étape de formation des volumes utiles dans une plaque de diamant intrinsèque, une étape de gravure de la plaque de diamant intrinsèque pour obtenir la membrane de diamant intrinsèque, et une étape de dépôt des électrodes de part et d'autre de la membrane de diamant intrinsèque.
La plaque de diamant intrinsèque est par exemple formée en matériau monocristallin.
Lorsque le dosimètre comprend des zones de diamant dopé, l'étape de formation des volumes utiles peut comprendre une étape de formation de ces zones de diamant dopé sur une première surface de la plaque de diamant intrinsèque, de manière à ce que chaque volume utile souhaité soit recouvert individuellement d'une zone de diamant dopé.
En particulier, l'étape de formation des zones de diamant dopé peut comprendre successivement : une sous-étape de dépôt chimique en phase vapeur d'une couche de diamant dopé sur la première surface de la plaque de diamant intrinsèque, une sous-étape de dépôt d'un masque métallique sur la couche de diamant dopé de sorte que le masque métallique recouvre les volumes utiles souhaités, une sous-étape de gravure de la couche de diamant dopé non recouverte par le masque métallique, et une sous-étape de retrait du masque métallique.
Lorsque le dosimètre comprend des cellules comportant chacune une zone dégradée par implantation ionique, l'étape de formation des volumes utiles peut comprendre une étape de formation des zones dégradées par implantation ionique dans la plaque de diamant intrinsèque. Cette étape de formation des zones dégradées par implantation ionique comporte par exemple, successivement : une sous-étape de dépôt d'un masque sur une première surface de la plaque de diamant intrinsèque, le masque recouvrant les volumes utiles souhaités, une sous-étape d'implantation ionique via la première surface de la plaque de diamant intrinsèque, et une sous-étape de retrait du masque.
Le masque déposé sur la première surface peut être en métal ou en résine.
La sous-étape de dépôt d'un masque peut être réalisée par photolithographie.
Au lieu d'appliquer un masque pour protéger les volumes utiles de l'implantation d'ions, l'étape de formation des zones dégradées par implantation ionique peut comporter, successivement : une sous-étape de dépôt d'un masque métallique sur une première surface de la plaque de diamant intrinsèque, le masque métallique recouvrant les volumes utiles souhaités, une sous-étape de gravure de la première surface de la plaque de diamant intrinsèque, de manière à former une surface à deux niveaux, une sous-étape de retrait du masque métallique, une sous-étape d'implantation ionique sur toute la première surface de la plaque de diamant intrinsèque, et une sous-étape de polissage mécanique de la première surface de la plaque de diamant intrinsèque, de manière à former une surface plane. L'implantation ionique est par exemple réalisée avec des ions carbone.
Lorsque le dosimètre comprend des cellules comprenant à la fois une couche de diamant dopé et une zone dégradée par implantation ionique, l'étape de formation des volumes utiles peut comporter successivement une étape de formation des zones dégradées par implantation ionique dans la plaque de diamant intrinsèque et une étape de formation de cette couche de diamant dopé sur la première surface de la membrane de diamant intrinsèque. Les étapes de formation des zones dégradées par implantation ionique et de formation de la couche de diamant dopé peuvent être réalisées comme décrit ci-dessus. L'étape de gravure de la plaque de diamant intrinsèque peut comprendre successivement : une sous-étape de dépôt d'un masque sur une deuxième surface de la plaque de diamant intrinsèque, le masque comprenant une ouverture dont la forme et les dimensions correspondent à la forme et aux dimensions de la membrane de diamant intrinsèque souhaitée, une sous-étape de gravure de la deuxième surface de la plaque de diamant intrinsèque, de manière à obtenir une épaisseur souhaitée de membrane de diamant intrinsèque, et une sous-étape de retrait du masque.
La sous-étape de gravure peut être réalisée par une technique de gravure par plasma, par exemple un plasma argon/oxygène. Cette sous-étape peut être suivie d'une sous-étape de rinçage de la membrane de diamant intrinsèque dans un bain d'acide chaud afin d'enlever les résidus de graphite provenant de la gravure par plasma.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement, dans une vue en coupe transversale, une cellule d'un microdosimètre selon un premier exemple de réalisation de l'invention ;
- les figures 2A et 2B représentent le processus de transfert de charges au sein d'une cellule du microdosimètre de la figure 1 et en dehors d'une telle cellule ;
- la figure 3 représente les différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication du microdosimètre de la figure 1 ;
- les figures 4A à 4H représentent le microdosimètre de la figure 1 à différentes étapes du procédé de la figure 3 ;
- la figure 5 représente le microdosimètre de la figure 1 dans une vue de dessus ;
- la figure 6 représente schématiquement, dans une vue en coupe transversale, une cellule d'un microdosimètre selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention ;
- les figures 7A et 7B représentent le processus de transfert de charges au sein d'une cellule du microdosimètre de la figure 6 et en dehors d'une telle cellule ;
- la figure 8 représente les différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication du microdosimètre de la figure 6 ;
- les figures 9A à 9F représentent le microdosimètre de la figure 6 à différentes étapes du procédé de la figure 8 ;
- la figure 10 représente le microdosimètre de la figure 6 dans une vue de dessus ;
- la figure 11 représente schématiquement, dans une vue en coupe transversale, une cellule d'un microdosimètre selon un troisième exemple de réalisation de l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 représente schématiquement, dans une vue en coupe transversale, une cellule 20 d'un microdosimètre 10 selon un premier exemple de réalisation de l'invention. Le microdosimètre 10 comprend une membrane 11 de diamant intrinsèque, une couche 12 de diamant dopé, une première couche conductrice 13, une deuxième couche conductrice 14 et un amplificateur de signal (courant ou charge) 15. La membrane 11 présente typiquement une épaisseur comprise entre 1 et 5 pm. L'épaisseur est par exemple de 3 pm. La membrane 11 présente une première surface 11A et une deuxième surface 11B, planes et parallèles entre elles. La couche 12 de diamant dopé est agencée sur la première surface 11A. Elle est par exemple dopée au bore avec un taux de dopage compris entre 1018 et 1021 at/cm3. La couche 12 de diamant dopé présente typiquement une épaisseur comprise entre 10 nm (nanomètres) et 10 pm. L'épaisseur est par exemple de 200 nm. La première couche conductrice 13 est agencée sur la couche 12 de diamanté dopé et sur la première surface 11A de la membrane 11. La deuxième couche conductrice 14 est agencée sur la deuxième surface 11B. Les couches conductrices 13 et 14 sont conductrices électriquement. Elles peuvent être réalisées dans un matériau métallique, par plusieurs dépôts métalliques empilés ou par un dépôt de matériau à base de carbone. Elles présentent typiquement une épaisseur comprise entre 10 nm et 10 pm. L'épaisseur est par exemple de 50 nm.
Chaque cellule 20 du microdosimètre 10 est formée à partir de la membrane 11, de la couche 12 de diamant dopé et des couches conductrices 13 et 14. Elle comprend un volume utile 21, une zone dopée 22, une première électrode 23 et une deuxième électrode 24. Chaque volume utile 21 est formé dans la membrane 11 de diamant intrinsèque ; chaque zone dopée 22 est formée dans la couche 12 de diamant dopé ; chaque première électrode 23 est formée dans la première couche conductrice 13 ; et chaque deuxième électrode 24 est formée dans la deuxième couche conductrice 14. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les différentes zones dopées 22 sont formées dans la couche 12 de diamant dopé en étant séparées les unes des autres. Chaque zone dopée 22 présente par exemple une forme de disque ou de carré dans un plan parallèle à la première surface 11A. Chaque zone dopée 22 définit le volume utile 21 d'une cellule 20. Le volume utile 21 est en fait délimité par la première surface 11A, par la deuxième surface 11B et par un contour périphérique reliant ces deux surfaces obtenu par projection du pourtour de la zone dopée 22 selon un axe perpendiculaire aux surfaces 11A et 11B. Chaque première électrode 23 relie électriquement une ou plusieurs zones dopées 22 à l'amplificateur de signal 15. Elle relie par exemple toute une ligne de zones dopées 22 à l'amplificateur de signal 15. Chaque première électrode 23 s'étend en étant disposée successivement sur les zones dopées 22 et sur la première surface 11A de la membrane 11. Le microdosimètre 10 peut comporter une unique deuxième électrode 24. Cette deuxième électrode 24 est alors commune à toutes les cellules 20. La deuxième électrode 24 est reliée à la masse électrique.
Les figures 2A et 2B illustrent, sous forme de diagramme d'énergie, le fonctionnement du microdosimètre 10 de la figure 1. La figure 2A représente plus particulièrement le processus au sein d'une cellule 20 et la figure 2B le processus en dehors d'une cellule. Le volume utile 21 en diamant intrinsèque forme, avec la zone dopée 22 en diamant dopé, une jonction PI. Il en résulte une différence de potentiel entre la couche 12 de diamant dopée p et la membrane 11 de diamant intrinsèque qui se mesure sur les deux électrodes 23 et 24. Dans un exemple de réalisation mis en œuvre par les inventeurs, une différence de potentiel de 1,8 V a été mesurée. La zone dopée 22 forme ainsi un moyen de polarisation de la cellule 20. Du fait de cette polarisation, lors d'un événement d'ionisation au sein du volume utile 21, les trous se déplacent en direction de la première électrode 23 et les électrons se déplacent en direction de la deuxième électrode 24, comme représenté sur la figure 1. Un courant électrique I est ainsi généré. Comme représenté sur la figure 2A, le courant électrique I prend la forme d'une impulsion. L'intensité augmente dans une première phase avec une vitesse infinie et diminue dans une deuxième phase avec une vitesse finie. Par intégration du courant à l'aide de l'amplificateur de signal 15, la charge électrique Q générée par un événement d'ionisation dans le volume 21 est déterminée. Cette charge Q peut ensuite être analysée par un circuit de lecture de charges, non décrit dans la présente demande, afin de déterminer le transfert d'énergie linéique. En dehors du volume utile 21, seul du diamant intrinsèque est interposé entre les électrodes 23 et 24. Ainsi, lors d'un événement d'ionisation, en l'absence de champ électrique en dehors du volume utile 21, le mouvement des charges est régi par la diffusion isotropique et donc ne génère pas de courant. Les électrons et les trous se recombinent au sein du diamant intrinsèque en l'espace de quelques nanosecondes. Le courant électrique I se présente alors sous forme d'une impulsion de durée quasiment nulle. L'intégration de ce courant donne donc une charge (légalement quasiment nulle.
La figure 3 et les figures 4A à 4H illustrent un exemple de procédé de fabrication d'un microdosimètre selon le premier exemple de réalisation. La figure 3 représente les différentes étapes du procédé 30 de fabrication et les figures 4A à 4H représentent le microdosimètre 10 à différents stades de sa fabrication. Le microdosimètre 10 est fabriqué à partir d'une plaque 41 de diamant intrinsèque telle que représentée sur la figure 4A. La plaque 41 présente une épaisseur suffisante pour résister aux différentes opérations réalisées dans la suite du procédé. Typiquement, la plaque 41 présente une épaisseur comprise entre 10 pm et 100 pm. Elle est de préférence comprise entre 30 pm et 40 pm. Dans une première étape 31, illustrée par la figure 4B, la couche 12 de diamant dopé est déposée sur une première surface 41A de la plaque 41 par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur. La première surface 41A correspond à la première surface 11A de la future membrane 11 de diamant intrinsèque. La première surface 41A de la plaque 41 est alors recouverte de la couche 12 de diamant dopé d'une épaisseur de quelques centaines de nanomètres, comme représenté sur la figure 4C. Dans une deuxième étape 32, un masque métallique 42 est déposé sur la couche 12 de diamant dopé de sorte qu'il recouvre les volumes utiles souhaités. Le masque métallique 42 peut ainsi prendre la forme d'un ensemble de pastilles déposées sur la couche 12. Dans une troisième étape 33, illustrée par la figure 4D, la couche 12 de diamant dopé non protégée par le masque métallique 42 est gravée. Dans une quatrième étape 34, le masque métallique 42 est retiré, par exemple par trempage dans un bain d'acide. Le microdosimètre comprend alors la plaque 41 de diamant intrinsèque et les zones dopées 22, comme illustré par la figure 4E. Les étapes 31 à 34 forment une macro-étape 30A de formation des volumes utiles 21. Dans un cinquième étape 35, un masque 43 (visible sur la figure 4F) est déposé sur une deuxième surface 41B de la plaque 41, opposée à la surface 41A. Le masque 43 est par exemple un masque à base de diamant ou de carbone. Le masque comprend une ouverture correspondant à la membrane 11 souhaitée. Dans une sixième étape 36, illustrée par la figure 4F, la plaque 41 de diamant intrinsèque est gravée via sa deuxième surface 41B de manière à obtenir l'épaisseur désirée pour la membrane 11. Une technique de gravure par plasma, par exemple un plasma argon/oxygène, peut être utilisée. Dans une septième étape 37, le masque est retiré. Le résultat de cette étape est illustré sur la figue 4G. La surface obtenue par gravure correspond à la deuxième surface 11B de la membrane 11. Dans une huitième étape 38, les électrodes 23 et 24 sont déposées. Les premières électrodes viennent recouvrir au moins une partie de chaque zone dopée 22 et de la première surface 11A. La deuxième électrode 24 vient recouvrir toute la surface 11B de la membrane 11.
La figure 5 représente, dans une vue de dessus, un exemple de microdosimètre 10 selon le premier exemple de réalisation. Le microdosimètre 10 comprend un ensemble de cellules 20 organisées sous forme d'une pluralité de lignes. Chaque cellule 20 comprend une zone 22 de diamant dopé et une première électrode 23. Toutes les cellules 20 d'une même ligne sont connectées par une même première électrode 23. Dans d'autres exemples de réalisation, les cellules 20 pourraient être organisées différemment et/ou pourraient présenter une forme différente.
La figure 6 représente schématiquement, dans une vue en coupe transversale, une cellule 120 d'un microdosimètre 110 selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention. Le microdosimètre 110 comprend, comme le microdosimètre 10 de la figure 1, une membrane 111 de diamant intrinsèque, une première couche conductrice 113, une deuxième couche conductrice 114 et un amplificateur de signal 115. Chaque cellule 120 comprend un volume utile 121 formé dans la membrane 111, une première électrode 123 formée dans la couche conductrice 113 et une deuxième électrode 124 formée dans la couche conductrice 114. Contrairement au microdosimètre 10, la polarisation des cellules 120 n'est pas assurée par une zone de diamant dopé mais par l'application d'une tension de polarisation sur la deuxième électrode 124. La tension de polarisation est déterminée en fonction de l'épaisseur de la membrane 111. Elle est de préférence supérieure à 0,3 V/pm. Les moyens de polarisation comprennent ainsi une source de tension 122. La délimitation des différents volumes utiles 121 est réalisée par des zones dégradées par implantation ionique 125 formées dans la membrane 111, tout autour de chaque volume utile 121. Chaque zone dégradée par implantation ionique 125 comprend par exemple des ions carbone ou des ions bore. La dégradation de la structure cristalline a pour effet de dégrader l'efficacité de collecte de charges.
Les figures 7A et 7B illustrent, sous forme de diagramme d'énergie, le fonctionnement du microdosimètre 110 de la figure 6. La figure 7A représente plus particulièrement le processus au sein d'une cellule 120 et la figure 7B le processus au sein d'une zone dégradée par implantation ionique 125. Du fait de l'application d'une tension de polarisation, le volume utile 121 d'une cellule 120 est soumis à un champ électrique. Lors d'un événement d'ionisation dans ce volume utile 121, les trous peuvent se déplacer en direction de la première électrode 123 et les électrons peuvent se déplacer en direction de la deuxième électrode, comme représenté sur la figure 6. Ce déplacement de charges électriques génère un courant électrique I prenant la forme d'une impulsion de durée non nulle. En revanche, malgré la présence éventuelle d'un champ électrique dans les zones dégradées par implantation ionique 125, la durée de vie des charges électriques est quasiment nulle du fait de leur recombinaison. En conséquence, l'impulsion de courant électrique présente une durée quasiment nulle.
La figure 8 et les figures 9A à 9F illustrent un exemple de procédé de fabrication d'un microdosimètre selon le deuxième exemple de réalisation. La figure 8 représente les différentes étapes du procédé 80 de fabrication et les figures 9A à 9F représentent le microdosimètre 110 à différents stades de sa fabrication. Le microdosimètre 110 est fabriqué à partir d'une plaque 141 de diamant intrinsèque telle que représentée sur la figure 9A. Dans une première étape 81, un masque 142 est déposé sur une première surface 141A de la plaque 141 de sorte qu'il recouvre les volumes utiles souhaités. Le résultat de cette étape est illustré par la figure 9B. Dans une deuxième étape 82, des ions sont implantés via la première surface 141A. Le masque 142 est agencé de manière à pouvoir stopper les ions lors de l'étape 82 d'implantation des ions. Il est par exemple réalisé en métal ou en résine. Dans une troisième étape 83, le masque 142 est retiré. Le résultat de l'étape 82 d'implantation des ions en présence du masque 142 est représenté sur la figure 9C. Les zones qui étaient recouvertes par le masque 142 ne sont pas modifiées par les ions. Elles correspondent aux volumes utiles souhaités 121. Une couche dégradée par implantation ionique 143 est en revanche formée sous la surface 141A non recouverte par le masque 142 avec une profondeur constante par rapport à cette surface. Les zones non recouvertes par le masque 142 forment les zones dégradées par implantation ionique 125. Les étapes 81 à 83 forment une macro-étape 80A de formation des volumes utiles 121. Le procédé 80 comprend ensuite, de manière analogue au procédé 30, une étape 84 de dépôt d'un masque 144 sur une deuxième surface 141B de la plaque 141, une étape 85 de gravure de la plaque 141 pour obtenir la membrane 111, une étape 86 de retrait du masque 144 et une étape 87 de dépôt des électrodes 123 et 124. L'étape 85 est illustrée par la figure 9D. La figure 9E illustre le résultat de l'étape 85 et la figure 9F le résultat de l'étape 87.
La figure 10 représente, dans une vue de dessus, un exemple de microdosimètre 110 selon le deuxième exemple de réalisation. Le microdosimètre 110 comprend un ensemble de cellules 120 organisées sous forme d'une pluralité de lignes. Chaque cellule 120 comprend un volume utile 121, une zone dégradée par implantation ionique 125 et une première électrode 123. De préférence, chaque volume utile 121 est entièrement recouvert par la première électrode 123. Toutes les cellules 120 d'une même ligne sont connectées par une même première électrode 123. Les zones dégradées par implantation ionique 125 peuvent être contiguës pour les différentes cellules 120.
La figure 11 représente schématiquement, dans une vue en coupe transversale, une cellule 220 d'un microdosimètre 210 selon un troisième exemple de réalisation. Ce microdosimètre 210 résulte d'une combinaison des premier et deuxième exemples de réalisation. Il comprend ainsi une membrane 211 de diamant intrinsèque, une couche 212 de diamant dopé, une première couche conductrice 213, une deuxième couche conductrice 214 et un amplificateur de signal 215. Chaque cellule 220 comprend un volume utile 221 et une zone dégradée par implantation ionique 225 formés dans la membrane 211, une zone dopée 222, une première électrode 223 et une deuxième électrode 224. Dans l'exemple de réalisation de la figure 11, chaque zone dopée 222 est agencée pour ne recouvrir que le volume utile 221. Toutefois, du fait de la présence de la zone dégradée par implantation ionique 225 entourant chaque volume utile 221, la zone dopée 222 pourrait recouvrir toute la première surface 211A de la membrane 211 de diamant intrinsèque. La deuxième couche conductrice 224 recouvre toute la surface 211B de la membrane 211.
Le microdosimètre selon le troisième exemple de réalisation peut être fabriqué en appliquant successivement les étapes 81 à 83, puis les étapes 31 à 38 décrites ci-dessus.