Hetérostructures à base de carbures pour une nouvelle génération de détecteurs de neutrons thermiques – CADOR

Le projet CADOR vise à développer une nouvelle génération de détecteurs de neutrons (ND) basés sur l'hétéro-structure de carbure très stable carbure de bore (BxC)/carbure de silicium (SiC). Dans ces dispositifs, la couche de BxC de quelques µm d'épaisseur servira de convertisseur de neutrons thermiques pour le détecteur semi-conducteur à base de 4H-SiC. La forte teneur en 10B à proximité du détecteur devrait améliorer l'efficacité de la détection des neutrons pour des applications concrètes (opérations d'assainissement et de démantèlement d'installations nucléaires, gestion des déchets radioactifs, sécurité intérieure, surveillance en temps réel des réacteurs nucléaires via des mesures ex-core). Deux méthodes de dépôt des couches de BxC seront utilisées et comparées pour fabriquer les NDs : le dépôt physique en phase vapeur (PVD) pour les couches amorphes à polycristallines et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour celles polycristallines à épitaxiales. Dans une première approche, les films amorphes à polycristallins issus des deux méthodes seront utilisés comme couches de convertisseur de neutrons, déposées sur une jonction p-n en 4H-SiC, pour fabriquer la version la plus simple du démonstrateur ND (Demo1). Grâce à la maîtrise récente (par le coordinateur du projet) de l'épitaxie de BxC sur 4H-SiC, une version de ND de meilleure qualité cristalline (Demo2) sera élaborée avec un gain attendu en termes de stabilité de l'interface vis à vis des contraintes thermiques. Une conception plus innovante à explorer (Demo3) tirera parti des propriétés semi-conductrices intrinsèques du matériau BxC (qui est connu pour être naturellement dopé de type p). Il s'agira d'un film épitaxial de BxC de type p déposé sur du 4H-SiC dopé n afin de former la jonction p-n. La stabilité chimique et mécanique de l'interface BxC/SiC sera étudiée car essentielle pour ces DNTs. D'importants développements matériaux seront nécessaires pour contrôler la cristallinité, la pureté et le dopage intentionnel des couches, et pour maîtriser les différentes étapes technologiques de fabrication de ces détecteurs (gravure, contacts...). Les propriétés fondamentales (électroniques et optiques) du matériau BxC, qui sont largement inconnues à ce jour, seront déterminées. Les différents types de NDs seront simulés pour optimiser leurs conceptions au regard de leurs performances. Les démonstrateurs sélectionnés seront testés dans une installation de recherche nucléaire afin de comparer leurs performances à celles des NDs actuels de référence.