Aujourd’hui les détecteurs de rayons X pour l’imagerie médicale utilisent comme matériau sensible un écran scintillateur, typiquement à base d’iodure de Césium dopé au Thallium (CsI:Tl) structuré en aiguilles. Ces écrans présentent de nombreux avantages parmi lesquels une forte absorption des rayons X dans les domaines d’énergie liés au domaine médical, une bonne efficacité de conversion en lumière de l’énergie absorbée, une bonne résolution spatiale et une luminescence à une longueur d’onde idéale pour les photodiodes en silicium amorphe, très matures technologiquement, répandues et bon marché. Néanmoins, la toxicité du Thallium et des problèmes de qualité d’image liés aux effets mémoire, dont le « bright burn », qui peuvent induire des incertitudes sur le diagnostic médical, motivent les industriels à chercher des solutions alternatives à la fois en termes de toxicité et d’augmentation de la sensibilité, de la fiabilité et de la durée de vie.

Trixell, un acteur majeur du marché des détecteurs pour l’imagerie médicale, qui développe et fabrique des écrans scintillants de grandes surfaces micro structurés en aiguille, a identifié un potentiel matériau de remplacement dont les effets mémoires sont très diminués. Cependant, un risque technologique majeur reste à résoudre, sa forte sensibilité à l’environnement extérieur, nécessitant une encapsulation contrôlée et pérenne. À cet égard, la technique d’Atomic Layer Deposition (ALD) est attrayante, car elle permet de déposer des films minces de manière uniforme et conformante même sur des supports très structurés avec un contrôle nanométrique de l’épaisseur. De plus, l’ALD est un procédé dont l’industrialisation a déjà été démontrée, notamment dans des domaines tels que la microélectronique ou les OLED (Organic Light Emitting Diodes). Des couches de passivation et des couches barrières ont déjà été réalisées pour les OLEDs ou le packaging.

Les premières études révèlent une corrélation forte entre l’état de surface du matériau et ses propriétés de luminescence et scintillation. En particulier, le mode d’encapsulation s’avère avoir un impact important sur ces performances et leur réponse temporelle. Dans le but de maitriser le procédé, l’objectif de la thèse est de comprendre les mécanismes chimiques ayant lieu suivant le traitement de surface utilisé et son impact sur les propriétés finales du matériau. Cela passe par l’étude approfondie de l’état de surface du matériau et des interactions chimiques aux interfaces corrélés aux performances et aux mécanismes de luminescence. Sur les matériaux modèles fournis par la société Trixell, le (la) doctorant(e) réalisera ainsi différentes encapsulations, notamment par ALD. Il/Elle étudiera par différentes techniques de caractérisation leurs impacts sur la morphologie, composition, états de surface et propriétés de scintillation. Une attention particulière sera accordée aux mécanismes réactionnels mis en jeu et aux interactions aux interfaces. Pour cela, des caractérisations in-situ, telles que de la spectroscopie Infrarouge de la phase gaz, seront réalisées pendant les dépôts.

Le travail de doctorat s’effectuera à travers une collaboration entre Trixell, le Laboratoire Multimatériaux et Interface (LMI) et l’Institut Lumière-Matière (ILM). En effet, le LMI est un laboratoire spécialisé dans l’élaboration et la caractérisation des matériaux, notamment sous forme de films minces déposés par ALD, tandis que l’ILM est un laboratoire spécialisé, entre autres, dans les mécanismes de scintillation. Il est à noter que les deux laboratoires sont sur le même site de l’Université de Lyon et que l’entreprise Trixell, basée à Moirans, se trouve dans un périmètre géographique proche, permettant une interaction privilégiée et une forte réactivité entre les trois parties. La stratégie de recherche serait définie en commun entre les 3 parties. Le « parcours » de synthèse et d’analyse sera le suivant : Trixell fournirait les matériaux scintillateur structurés, le LMI effectuerait les encapsulations notamment par ALD ainsi que les caractérisations structurelles et l’ILM assurerait les mesures optiques et scintillation.

Techniques utilisées

• Manipulation sous atmosphère contrôlée. Méthode d’encapsulation : Atomic layer deposition
• Technique de caractérisation in-situ : spectroscopie IR
• Techniques de caractérisation ex-situ : MEB, EDS, MET, ellipsométrie, DRX, IR, XPS, photoluminescence ; scintillation…

Compétences requises

Les candidat(e)s doivent être titulaires d’un master en chimie ou en matériaux (ou équivalent) et être motivé(e)s par un travail interdisciplinaire alliant la synthèse de matériaux aux caractérisations physico-chimiques. Une bonne maitrise de l’anglais est fortement souhaitable. Les candidat(e)s très motivés, attentifs aux travaux de recherche et possédant d’excellentes compétences en matière de communication et d’organisation, sont encouragé(e)s à postuler.

Localisation principale de la thèse

Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (LMI), Campus de la DOUA, Villeurbanne, France.

Le (la) candidat(e) intègrera l’équipe Couches Minces (COM) du LMI dans laquelle la plus grande partie du travail sera effectuée.

Contact

• Arnaud Brioude : +33 (0)4 72 43 17 01 / arnaud.brioude@univ-lyon1.fr
• Catherine Marichy : +33 (0)4 72 44 84 03 / catherine.marichy@univ-lyon1.fr