Мозаичный преобразователь жесткого ионизирующего излучения

Мозаичный преобразователь жесткого ионизирующего излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(i«766467

Союз Советскик

Социалистические

Республии

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6 l ) Дополнительное к а вт. с вид-ву (22) Заявлено 07. 03 ° 79 (21) 2734368/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23,11.82. Бюллетень Ют 43

Дата опубликования описания 28.12.82 (5т)М, Кл.

Н 01 L 31/02 тееудэйстееииый кемитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.387., 462 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. С. Мелихов и И. М. Рубинович

Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени политехническом институте им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) МОЗАИЧНЫП ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КЕСТКОГО

ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к технике визуализации пространственно неоднородных потоков ионизирующих излучений и может быть использовано в интроскопии.

Известны фоточувствительные матрицы на полупроводниковых элементах, используемые для преобразования и запоминания оптических изображений 1), состоящие из системы светочувстви- ip тельных элементов, например, фотодетекторов, расположенных по строкам и столбцам, или иэ системы фотодетекторов и соответствующей им системы ИОП-транзисторов. 15

Недостаток укаэанных преобразователей заключается в том, что они выполнены на тонкой подложке и имеют небольшую глубину чувствительной об- то ласти, что значительно снижает их эффективность при регистрации рентгеновского и особенно жесткого излучения.

Более эффективная регистрация жесткого излучения происходит в сцинтилляционных кристаллах (2), но вследствие того, что использование в интроскопической системе сцинтилляционного кристалла в со тетании с передающей телевизионной трубкой приводит к большим потерям информации, более предпочтительным оказывается использование мозаичных полупроводниковых преобразователей на основе структур МДПДМ с высокочастотным смещением, обеспечивающих дополнительное усиление сигнала до вносящих помехи внешних цепей сканирования.

Имеются преобразователи излучения, состоящие иэ набора фоторезисторов, а- также фотопроводящие матрицы (3). Все эти преобразователи имеют недостаточную" чувствительность к жесткому излучению.

Наиболее близким решением из известных является мозаичный детектор

76б 467

3 проникающего излучения t 4), содержащий набор МДПДМ-структур, подключенных к высокочастотному генератору и ориентированных длинной гранью параллельно потоку излучения

Каждая ячейка этого детектора выполнена в виде металлической трубки, заполненной фотопроводящим материалом, по оси которой проходит проволочный электрод. Для увеличения эффективно- >0 сти регистрации трубчатый и проволочный электроды ориентированы параллельно потоку излучения.

Однако при детектировании жесткого гамма-излучения с энергиями 10- 15

30 МэВ эффективность регистрации подобным преобразователем остается низкой. Кроме того, при использовании в качестве элементарного датчика

МДПДМ-структуры на основе чистого 2о полупроводника (кремния) стоимость преобразователя оказывается значительной.

Целью настоящего изобретения является увеличение чувствительности 2S преобразователя при уменьшении его стоимости, а также уменьшение искажений контраста.

Поставленная цель достигается тем., что преобразователь выполнен в 30 виде моноблока из тяжелого проводящего материала (например, свинца) с прямоугольными coocHblMN сотами на передней и задней стороне, в каждой ячейке задних сот размещены по две МДПДМ-структуры, разделенные сигнальным электродом из тяжелого проводящего материала, выход высоко частотного генератора подключен одним полюсом к моноблоку, а дру- 4О гим — к сигнальным электродам через сопротивления нагрузки, причем толщины боковых стенок задних сот и электродов определены условием

Щ5 д У 0, где dopt z см, у 1,2 плотности материала моноблока и электрода в г/см .

Дпя получения контрастной чувствительности передние и задние соты выполнены так, что толщины их боковых стенок различны и их разница определена условием 0, — 0 -"2 с1

Для увеличения усиливающего действия боковых стенок задних сот .передние соты выполнены с проходящими по дну ячеек вдоль боковых стенок передних сот прямоугольными канавками, ширина которых равна 4ор .

Дно сот имеет толщину, равную оптимальной толщине .переднего усиливающего экрана. По расчетам авторов оптимальная толщина переднего усиливающего экрана из свинца для кремниевого преобразователя равна 3 им.

При этом отношение сигнал/шум увеличивается в К раз по сравнвнию со случаем без использования усиливающего экрана.

На фиг. 1 показана зависимость К дпя оптимальной толщины усиливающего экрана от толщины контролируемого поглотитепя 54 дефекта и различных толщин кремния для излучения бетатрона с энергией 30 МэВ.

Усиливающий экран в данном случае увеличивает контраст примерно во столько же раз, во сколько он увеличивает отношение сигнал/шум. Для случая использования других тяжелых материалов оптимальную толщину усиливающего экрана можно определить из условия

) Ррв рв где p p - плотности материала экI рана и свинца, соответственно;

d,dt - оптимальные толщины усиливающих экранов из материала с плотностью р и из свинца.

В литературе отсутствуют данные по действию боковых усиливающих экранов, в качестве которых функционируют боковые стенки сот предлагаемого преобразователя. Поэтому авторами были произведены расчеты действия боковых усиливающих экранов методом Монте-Карло.

На фиг. 2 приведены зависимости отношения сигнал/шум (а ) и сигнала (б ) от толщины бокового усиливающего экрана из свинца для 5i дефекта и энергий излучения 10 и 20 МэВ при постоянном расстоянии между центрами соседних датчиков, т.е. при постоянном размере элемента изображения.

Из графиков видно, что оптимальная толщина усиливающего экрана из свинца составляет 0,3 мм. При использовании меньшей толщины усиливающего экрана меньшими оказываются сигнал и отношение сигнал/шум. При большей: толщине усиливающего экрана отношение сигнал/шум уменьааетгя Нр3766467 6 толщиной для обоих МДПДМ-структур. помещенных в каждой ячейке сот.

Описанный преобразователь можно выполнить из свинца, используя

5 МДПДМ-структуры на основе кремния.

Толщина переднего экрана 3 мм, боковых по 0,3 мм. Между моноблоком и сигнальными электродами приложено высокочастотное напряжение.

Расстояние между элементами изображения (5 мм) определяется необходимой разрешающей способностью. Толщина боковых стенок передних сот

0,5 мм, задних 1,1 мм.

Простой расчет показывает, что экономия кремния при этом составит я 503, а возрастание отношения сиг-.",ал/ шум происходит в 2-2,g раза, Сигнал усиливался при этом в 4-6 раз.

6 с, 7 2с) О,ЬБ гА - доР = начительно, но сильно уменьшается сигнал. Усиление по сигналу при оптимальной толщине бокового экрана около 2, а по отношению сигнал/шум около 1,5. Выбор оптимальной толщины боковых усиливающих экранов из других тяжелых материалов можно провес" ти аналогично из условия постоянства массовой толщины. Полученные данные применимы для энергий излучения

5-30 МэВ.

Поскольку в описанной выше конструкции боковая стенка задних сот вь полняет роль бокового усиливающего экрана, причем действие она оказывает на обе прилежащие МДПДМ»структуры (см. фиг. 3), то ее минимальна толщина выбирается равной двойной толщине оптимального усиливающего экрана. 20

На фиг. 3 даны следующие обозначения: 1- моноблок; 2 - МДПДМ-структуры; 3 - сигнальный электрод.

Передние соты применяются для ослабления расееянного излучения. Для увеличения контрастной чувствительности целесообразно боковые стенки задних сот делать толще передних на двойную топщину оптимального бокового экрана. При этом произойдет несу» ЗО щественное уменьшение отношения сигнал/шум, но уменьшатся контрастные искажения эа счет ослабления излучения в центральном слое между элементами изображения, который 35 вреден, т.е. действует одинаково на два датчика в соседних сотах, и повысится эффективность боковых экранов, так как они не будут заслонены боковыми стенками передних сот. 4о

Для улучшение усиливающего действия боковых экранов с обоих сторон от боковых стенок передних сот целесообразно проделать канавки шириной, равной оптимальной толщи-45 не бокового усиливающего экрана. При этом усиливающее действие последнего возрастает, так как он будет заслонен меньшей толщиной переднего эк- . рана. 50 формула изобретения

1, Мозаичный преобразователь жесткого ионизирующего излучения, содержащий набор МДПДМ-структур, подключенных к высокочастотному генератору и ориентированных длинной гранью параллельно потоку излучения, о т л ич а ю щ и и ся тем, что, с целью увеличения чувствительности преобразова теля, преобразователь выполнен в виде моноблока из тяжелого проводящего материала с прямоугольными cooc=

1 ными сотами на передней и задней стороне, в каждой ячейке задних сот размещены по две МДПДМ-структуры, разделенные сигнальным электродом из тяжелого проводящего материала, выход высокочастотного генепатора подключен одним полюсом к моноблоку, а другим - к сигнальным электродам через сопротивления нагрузки, причем толщины боковых стенок задних сот и электродов определены условием

Исполнение преобразователя в виде описанного моноблока технологически удобно. Этот моноблок также является общим электродом для всех

МДПДМ-структур. Сигнальный электрод также выполнен из тяжелого материала и является одновременно усиливающим боковым экраном с оптимальной

9, 2 - плотности материалов моноблока и электрода в г/см.

2. Мозаичный преобразователь по п.1,отличающийся тем, что, с целью увеличения контрастной чувствительности, передние и задние соты выполнены так, что толщины их

766467

f.4

f.2

05 боковых стенок различны и их разница определена условием

cI - (j =2cI

Яцд p opt

3. Мозаичный преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью увеличения усиливающего действия боковых стенок задних сот, передние соты выполнены с проходящими по дну ячеек вдоль боковых стенок передних сот прямоугольными канавками, ширина которых равна 4ОР1,, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зотов В. Д. Полупроводниковые устройства восприятия оптической информации, М., 1976, с. 86.

2. Патент США Р 3531651, кл. 250-71.5, опублик. 1970.

3, Патент CIIIA Ю 33435222, кл. 250-83.3, опублик. 1969.

Авторское свидетельство СССР

N 470203, кл. G 01 и 23/00, 1973 (прототип

766467

Составитель Ю. Алешин

Техред А. Бабинец, Корректор А . Ференц

Редактор Н. Аристова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10527/7 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5