Інтегральний дозиметр для виміру отриманих доз в змішаних гамма-, нейтронних полях

Реферат: Інтегральний дозиметр для вимірювання отриманих доз в змішаних гамма-, нейтронних полях призначений для визначення отриманої дози при нарізній або спільній наявності обох компонентів випромінювання та може використовуватися для вимірювання накопиченої дози випромінювання. Дозиметр може використовуватися в радіаційній медицині, ядерній фізиці, фізиці високих енергій, космічних дослідженнях та в охоронно-попереджувальних системах. Заявники пропонують інтегрований пристрій, в склад якого входить нейтроночутливий P-I-N діод та гамма-чутливий, наприклад, р-канальний МОН транзистор, які виконані на спільній основі та можуть мати сполучені або спільні електроди. Реєстровані під час виміру отриманих доз різниці струмів або напруги на кожному з обох елементів є функцією відповідних доз. UA 97962 C2 (12) UA 97962 C2 UA 97962 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Інтегральний дозиметр для вимірювання отриманих доз в змішаних гамма-, нейтронних полях (далі - дозиметр або пристрій), призначений для визначення отриманої дози при нарізній або спільній наявності обох компонентів випромінювання та може використовуватися для вимірювання накопиченої дози випромінювання. Дозиметр може використовуватися в радіаційній медицині, ядерній фізиці, фізиці високих енергій, космічних дослідженнях та в охоронно-попереджувальних системах. Змішаний характер біологічно активного випромінювання, що супроводжує ядерні перетворення та взаємодію елементарних часток, диктує необхідність виміру отриманої об'єктом дози по кожному виду випромінювання в зв'язку з різним механізмом та ефективністю взаємодії компонентів випромінювання з речовиною об'єкта опромінення. Відомий пристрій для реєстрації потоку швидких нейтронів та дози нейтронного опромінення, описаний в патенті США №20060138345 "Dosimeter for the detection of highly energy neutron radiation" (дозиметр для визначення високоенергетичної нейтронної радіоактивності), автор винаходу Fehrenbacher [1], вибраний заявниками як аналог. Оскільки нейтрони - електрично-нейтральні частки, вони не можуть бути виявлені безпосередньо за допомогою іонізації, тому в аналозі використовується властивість поглинання нейтронів атомами речовин, що мають прийнятні для даної енергії нейтрона перерізи захоплення. В аналозі струмінь нейтронів потрапляє на пласку поверхню детектора. В результаті взаємодії з'являються заряджені частки, наприклад протони і альфа-частки, що реєструються іонізаційним елементом. Аналог містить як мінімум один перетворюючий шар, для розширення спектра реєстрації використовується декілька шарів. Такий прилад може використовуватися як детектор гамма-випромінювання при прямому опроміненні іонізаційного елемента. Недоліком даного приладу є великий розмір іонізаційного елемента, тобто непридатність роботи в потоках малого перерізу. Необхідність мініатюризації пристроїв, чутливих до гамма-, нейтронного випромінювання, особливо нагальна у випадку застосування в радіаційній медицині, де використовуються потоки малого перерізу, привела до створення однокомпонентних або інтегрованих детекторів, фізичний стан яких змінюється при взаємодії з конкретним компонентом випромінювання за визначеною залежністю (див. статтю "Планарні сенсори для дозиметрії в змішаних гамма- та нейтронних полях" авторів І.Є. Анохіна та ін., збірник праць Інституту ядерних досліджень НАН України, Київ "Ядерна фізика та енергетика" №1 (19) 2007р., стор. 103-108 [2]). Описуваний пристрій являє собою виконаний на кремнієвій основі P-I-N діод, чутливість якого до нейтронного випромінювання обумовлена зміщенням атомів кремнію швидкими нейтронами, що призводить до появи та поступового збільшення кількості дефектів кристалічної решітки в об'ємі бази діода, які впливають на зсув прямої гілки вольт-амперної характеристики діода. Вимір означеного зсуву характеристики дає можливість визначити величину отриманої дози нейтронного компонента випромінювання. Визначення інтенсивності гамма-компонента випромінювання проводиться в процесі опромінення шляхом виміру зворотного струму цього ж діода (фотоструму). Описаний пристрій прийнятий заявниками як частковий прототип. Суттєвим недоліком даного рішення є те, що одночасний вимір отриманих нейтронної та гамма-доз утруднений, бо фотострум діода існує тільки під час опромінення, що ускладнює підключення такого діода до вимірювального ланцюга в зв'язку з необхідністю захисту персоналу та вимірювальної апаратури від дії випромінювання. Крім того, породжені під дією нейтронного потоку додаткові дефекти решітки, кількість яких залежить від отриманої дози, збільшують темновий струм діода, тобто необхідна постійна корекція даних щодо гаммавипромінювання в залежності від вже отриманої на момент виміру зворотного струму діода дози нейтронів, а відсутність пам'яті для гамма-дози не дає можливості влаштувати централізований вимір отриманих змішаних доз, наприклад, при визначенні дози, отриманої за деякий період підконтрольним персоналом. Відомий ефект накопичування позитивного заряду в підзатворному діелектрику транзистора типу метал-окисел-напівпровідник (МОН) під дією іонізуючого випромінювання, і відповідно пристрій, описаний у літературі (див. "Evaluation of a low-cost commercial mosfet as radiation dosimeter" авторів L.J. Asensio, M.A. Carvajal та ін., Sensors and Actuators A 125 (2006) pp. 288295 [3]). Під час експозиції кванти іонізуючого випромінювання породжують електронно-діркові пари в матеріалі підзатворного окислу. Завдяки існуванню на межі Si-SiO2 перехідного шару, здатного захоплювати породжені дірки, причому дірки притягуються та захоплюються електричним полем цього шару, а електрони відштовхуються та рухаються до затвору, що під час експозиції може бути підключений до інших електродів транзистора. 1 UA 97962 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Електрони, рухливість яких на чотири порядки вища, ніж у дірок, в основному встигають покинути підзатворну область до рекомбінації. Дірки віддалені від поверхні розділу Si-SiO2, поступово потрапляють до цього перехідного шару під впливом згаданого електричного поля та дифузії, аж поки згаданий шар не буде насичений, причому деяка частина дірок рекомбінує. Таким чином, в шарі підзатворного діелектрика створюється область з позитивним зарядом. Якщо по завершенні експозиції в процесі виміру отриманої дози прикладати до затвору згаданого транзистора напругу негативної полярності, електричне поле згаданої області буде частково компенсувати поле затвору, що змінить напругу відкривання транзистора V т. Описаний на даному прикладі процес привів до створення різноманітних дозиметрів, з використанням як чутливий елемент або стандартного, або спеціально розробленого МОН транзистора з потовщеним підзатворним шаром, наприклад, описаного в статті "Dosimetric evaluation of a new design MOSFET in vivo dosimeter" автора Н. Halvorsen, Medical Physics, vol. 32, pp. 110-117, 2005 [4]. Останній пристрій прийнятий заявниками як частковий прототип. Цей прототип має довготривалу пам'ять дози гамма-випромінювання. Недоліком прототипу є відсутність чутливості до нейтронного випромінювання. Задача - створення пристрою, вільного від вказаних недоліків обраних прототипів. Поставлена задача вирішується тим, що утворення пристрою, чутливого як до нейтронного, так і до гамма-випромінювання зі зменшеною залежністю вимірювальних характеристик пристрою від "чужих" отриманих доз і довготривалою пам'яттю дози, заявники пропонують інтегрований пристрій, в склад якого входить нейтроночутливий P-I-N діод та гамма-чутливий рканальний МОН транзистор, які виконані на спільній напівпровідниковій основі та можуть мати сполучені або спільні електроди. Реєстровані під час виміру отриманої дози струми обох елементів є функцією відповідних доз та описуються наведеними нижче формулами з поясненнями. Прямий струм P-I-N діода І виводиться з формули (2) [2], стор. 103: V=(kT/e)ln(І/І0)+IR, де: V - напруга на діоді;  - параметр якості діода; k - стала Больцмана; Т - температура; e - заряд електрона; І - прямий струм діода; І0 - струм насичення діода; R - опір бази діода. (І0 та R є функцією дози опромінення). Положення прямої гілки характеристики залежить від ступеня рекомбінації основних носіїв в базі діода на поверхневих та об'ємних центрах генерації-рекомбінації, що скорочує дифузійну довжину носіїв в базі діода. Величина прямого струму І залежить від прямої напруги V, прикладеної до діода, питомого опору матеріалу детектора, омічного опору бази, дифузійної довжини, що залежить від кількості дефектів решітки, в тому числі отриманих дефектів, кількість яких пропорційна нейтронній дозі, та конкретної конструкції приладу. Оскільки чутливість P-I-N діода також залежить від наявності поверхневих дефектів (станів), недокомпенсованих шаром захисного діелектрика (ці дефекти, породжені неоднорідністю поверхні та забрудненнями, формують нерівний потенціальний рельєф поверхні, змінний у часі, що призводить до появи пасток довільної глибини, вплив яких позначається на формі та обсязі об'ємного заряду в базі і відповідному зсуві прямої гілки вольт-амперної характеристики діода). Зменшення впливу цих пасток, забезпечується згідно з даними, наведеними у книзі "Основы физики микроэлектронных систем металл-диэлектрик-полупроводник",. Литовченко В.Г., Горбань А.П. К., "Наук. Думка", 1978, стор. 141-143 [5], шляхом розміщення додаткового польового електрода поверх захисного діелектрика. Згаданий електрод має деякий потенціал відносно бази діода і поле цього електрода блокує поверхневі пастки. Зворотний струм через такий діод при вищій за граничну напрузі на польовому електроді визначається тільки об'ємною генерацією та падає до рівня, визначеного формулою 5.39, наведеною в [4], стор. 142: Igv=(SП.E.+Spn)eniW/g, де: Igv - струм об'ємної генерації; SП.E. - площа польового електрода; Spn - площа р-n переходу; e - заряд електрона; nі - щільність розміщення центрів генерації-рекомбінації; W - глибина збідненого шару в поверхневій області напівпровідника; 2 UA 97962 C2 g - об'ємний генераційний час життя. Згідно з формулою 5.10 [4], глибина області збіднення W визначається, як:  5 10 15 20 де: Сд - питома ємність діелектрика, V - напруга, прикладена до польового електрода, Uк - контактна різниця потенціалів, Q * - ефективний поверхневий заряд, t  - відносна діелектрична стала кремнію, 12 0 - електрична стала вакууму (8,85*10- Ф/м), Na - концентрація легуючої домішки (акцептора). Змінюючи напругу на керуючому електроді, можна змінювати глибину області збіднення при зворотному включенні діода, тим самим виключаючи дію поверхневих станів на зворотний струм. При цьому міняється кількість центрів об'ємної генерації (дефектів решітки), що потрапляють до області збіднення. Оскільки щільність розміщення центрів генераціїрекомбінації при експонуванні в потоці нейтронів є функцією дози опромінення, заявники вважають, що струм об'ємної генерації також може бути використаний для визначення дози опромінення. Для МОН компонента пристрою, згідно з даними, наведеними в статті "Electrical Performance and Radiation Sensitivity of Stacked PMOS Dosimeters Under Bulkbias Control" авторів В. O'Connell, С/Conneely та ін., у збірнику "Transactions on Nuclear Science, Vol. 45, 12. 1998, pp. 2689-2694 [6] вимірювальний параметр Vo (напруга на стоці МОН транзистора при даному струмі пропускання) виводиться з формули (1) на стор. 2690 VO2 25 30   2С д  0   1 С д V  Uк   Q*  1 , t Cд   0еNa    W     2IDSI 1  1    VO  VTO   , W1 1Cox1    L1    (1) де: VO2 - напруга на стоці МОН транзистора при заданому струмі пропускання; VO - напруга на витоку транзистора; VTO - напруга на стоці до експозиції; IDSI - струм стік - виток; W 1 - ширина каналу транзистора; L1 - довжина каналу транзистора; 1 - рухливість носіїв; Сох - ємність оксиду;   2  VDS1  B (2) 35  є фактор основи, представлений як:  40 Cox (3) В формулах (3), (4): NSUB відповідає Nа - концентрації легуючої домішки (акцептора), q - заряд електрона, Ф є об'ємний потенціал, виражений через: B  45 2sqNSUB 2KT NSUB 6kT ln  q ni q (4) ni - власна концентрація домішок. 3 UA 97962 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Враховуючи наведені залежності, заявники пропонують наступне. 1. Інтегральний дозиметр для вимірювання отриманих доз в змішаних гамма-, нейтронних полях складається з напівпровідникової, наприклад, n-кремнієвої основи, нейтроночутлива частина якого представляє собою P-I-N діод, розрахований на роботу в умовах прямого зміщення, та має протяжну базу, вкриту шаром захисного ізолятора (8),наприклад SiO 2, для зменшення поверхневих ефектів, та на обох поверхнях згаданої основи поверх ізолятора розташовані металеві польові електроди (4), (9) з керованими відповідними областями збагачення (5), (10) для основних носіїв матеріалу бази діода і підключаються разом або нарізно, та металеві електроди - наприклад, для даного типу провідності, р- електрод (2) і nелектрод (6), під якими відповідно за допомогою необхідних технологій сформовано р+область (3) та n+область (7), причому n+область (7) перекривається з областю керованого збагачення (5) і згадані електроди знаходяться у вікнах польового електрода (4). Регулювання чутливості пристрою по нейтронній дозі провадиться шляхом зміни опору або однієї області (5), або сумісно областей (5), (10) при зміні керуючого потенціалу, при цьому частина струму бази відгалужується в тонкий прошарок збагачення під електродами (5), (10), що має знижену чутливість завдяки великій електропровідності та малій кількості породжених дефектів, що потрапили в об'єм згаданого прошарку. Гамма-чутливий компонент пристрою являє собою МОН транзистор, наприклад, рканальний, що має стік (13) з відповідною р+областю (11), металевий або полікремнієвий затвор (14), розташований на потовщеному шарі оксиду (15) та індукований канал (12) згаданого МОН транзистора, а як виток використовується р-електрод (2) P-I-N діода. Встановлення прийнятної чутливості під час експозиції на затвор транзистора проводиться шляхом подачі відповідної напруги позитивної полярності 2. Пристрій виконано з матеріалу, структура якого попередньо деградована, наприклад, в нейтронному потоці, для отримання заданої густини дефектів для забезпечення потрібної вихідної чутливості та оперативна зміна чутливості не передбачена, а єдиний розрізний польовий електрод (4) під сталим збіднюючим потенціалом відносно матеріалу бази, призначений для блокування поверхневих ефектів і сформована під ним переривчаста область (5) не перекривається з n+областю (7). Оскільки згаданий потенціал є збагачуючим відносно інжектованих носіїв, область (5) складається з ряду ізольованих смужок, розташованих перпендикулярно напряму струму, для уникнення умов перетікання струму інжектованих носіїв через область в районі збагачення біля р-n переходу, а затвор гамма-чутливого транзистора під час експозиції поєднаний з витоком та стоком. 3. Пристрій, в якому P-I-N діод розрахований для роботи в умовах зворотного зміщення і в цей час згідно з фіг. 3 під електродом (4) існує область збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з р+областю р-n переходу діода та для проведення в умовах існування електромагнітних завад виміру нейтронної дози використовується зворотний струм, зумовлений об'ємною генерацією в базі, що дає можливість в десятки разів підвищити напругу в ланцюзі зчитування, а регулювання чутливості та блокування поверхневих станів відбувається шляхом зміни потенціалу на польових електродах (4), (9). Виток (2) гамма-чутливого транзистора з р+областю (3) під ним одночасно є р+електродом P-I-N діода, а стік (13) з р+областю (11) розташований з іншої сторони затворного електрода. Регулювання чутливості гаммакомпонента відбувається аналогічно п. 1. 4. Пристрій виконано з матеріалу, структура якого попередньо деградована, наприклад, в нейтронному потоці, для отримання заданої густини дефектів для забезпечення потрібної вихідної чутливості. Зміна чутливості шляхом встановлення напруги на польовому електроді (4) не передбачена. Для можливості заміру нейтронної дози в умовах дії електромагнітних завад, P-I-N діод зміщено у зворотному напрямі, під електродом (4) сформовано область збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з областю р-n переходу діода. 5. Пристрій, в якому до гамма-чутливого компонента для підвищення стабільності параметрів, чутливості та лінійності порівняно з п. 1 добавлений додатковий стік (16), добавлений затвор (17), спільний шар потовщеного підзатворного діелектрика (15) розташований між затворами, стоками та спільним витоком (2), що одночасно є р- електродом P-I-N діода, а під час експозиції на затвори транзистора подається постійна напруга різної полярності, тобто на затвор (14) подається негативна напруга, а на затвор (17) - позитивна, що приводить до зміщення виниклого під час експозиції позитивного заряду під затвор, що має негативний потенціал. При поданні в процесі виміру, наприклад, однакової відкриваючої напруги на затвори (14), (17), струм через канал під затвором (14) та стік (13) буде меншим порівняно зі струмом через канал під затвором (17) та стік (16), що дасть змогу посередньо через віднімання 4 UA 97962 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 величин струмів стоків визначити отриману дозу та значно компенсувати похибку виміру, пов'язану зі зміною у часі параметрів транзисторів та коливаннями температури. 6. Пристрій, в якому для можливості заміру нейтронної дози в умовах дії електромагнітних завад, P-I-N діод зміщено у зворотному напрямі, що дає можливість в десятки разів підвищити напругу у ланцюзі зчитування. Під електродом (4) сформовано область збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з областю (3) р-n переходу діода. 7. Пристрій, в якому для подальшого підвищення чутливості гамма-чутливого компонента, на шарі потовщеного діелектрика розташований додатковий поляризаційний електрод (18), що під час експонування має позитивний потенціал. Породжені в додатковій області потовщеного діелектрика біля електрода (18) дірки відштовхуються від позитивного електрода в напрямку затвора, (14) що збільшує заряд під цим затвором і, відповідно, чутливість МОН транзистора при визначенні дози гамма-опромінення. 8. Пристрій, в якому для виміру отриманої нейтронної дози в умовах дії електромагнітних завад, P-I-N діод зміщено у зворотному напрямі, що дає можливість в десятки разів підвищити напругу ланцюга зчитування. Під електродом (4) сформовано область збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з областю р-n переходу діода. Перелік графічних матеріалів 1. Фіг. 1 представляє схематичну будову пристрою за п.1 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора з витоком, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого PI-N діода з р+областю під ним, стоком згаданого транзистора з n+ областю під ним, затвором згаданого транзистора з каналом під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та n- електродами з р+ та n+ областями відповідно, польових електродів блокування поверхневих станів та керування чутливістю, областей збагачення під ними, та шару ізолятора. 2. Фіг. 2 представляє схематичну будову пристрою за п. 2 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора з витоком, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого PI-N діода з р+областю під ним, стоком згаданого транзистора з n+областю під ним, затвором згаданого транзистора з каналом під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та n-електродами з р+ та n+областями відповідно, розрізного польового електрода блокування поверхневих станів і переривчатої області збіднення під ним та шару ізолятора. 3. Фіг. 3 представляє схематичну будову пристрою за п. 3 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора з витоком, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого PI-N діода з р+областю під ним, стоком згаданого транзистора з n+областю під ним, затвором згаданого транзистора з каналом під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та n-електродами з р+ та n+областями відповідно, польових електродів блокування поверхневих станів та керування чутливістю, областей збіднення під ними, та шару ізолятора. 4. Фіг. 4 представляє схематичну будову пристрою за п. 4 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора з витоком, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого PI-N діода з р+областю під ним, стоком згаданого транзистора з n+областю під ним, затвором згаданого транзистора з каналом під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та n-електродами з р+ та n+областями відповідно, розрізного польового електрода блокування поверхневих станів і переривчатої області збіднення під ним та шару ізолятора. 4. Фіг. 5 представляє схематичну будову пристрою за п. 5 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора, затвором цього транзистора з каналом під ним, стоком згаданого транзистора, додаткового гамма-чутливого МОН транзистора з окремим стоком, затвором та каналом і спільним з першим транзистором підзатворним діелектриком та спільним витоком обох транзисторів, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого P-I-N діода з р+областю під ним, з n+областю під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та n-електродами з р+ та n+областями відповідно, польових електродів блокування поверхневих станів та керування чутливістю, областей збагачення під ними та шару ізолятора. 6. Фіг. 6 представляє схематичну будову пристрою за п. 6 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора, затвором цього транзистора з каналом під ним, стоком згаданого транзистора, додаткового гамма-чутливого МОН транзистора з окремим стоком, затвором та каналом і спільним з першим транзистором підзатворним діелектриком та спільним витоком обох транзисторів, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого P-I-N діода з р+областю під ним, з n+областю під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та n-електродами з р+ та n+областями відповідно, польових електродів блокування поверхневих станів та керування чутливістю, областей збіднення під ними та шару ізолятора. 7. Фіг. 7 представляє схематичну будову пристрою за п. 7 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора, затвором цього транзистора з каналом під ним, стоком згаданого транзистора, додаткового поляризаційного електрода, додаткового гамма-чутливого 5 UA 97962 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 МОН транзистора з окремим стоком, затвором та каналом і спільним з першим транзистором підзатворним діелектриком та спільним витоком обох транзисторів, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого P-I-N діода з р+областю під ним, з n+областю під ним, нейтроночутливого PI-N діода з р- та n-електродами з р+ та n+областями відповідно, польових електродів блокування поверхневих станів та керування чутливістю, областей збагачення під ними та шару ізолятора. 8. Фіг. 8 представляє схематичну будову пристрою за п. 8 з умовним зображенням основи, гамма-чутливого МОН транзистора, затвором цього транзистора з каналом під ним, стоком згаданого транзистора, додаткового поляризаційного електрода, додаткового гамма-чутливого МОН транзистора з окремим стоком, затвором та каналом і спільним з першим транзистором підзатворним діелектриком та спільним витоком обох транзисторів, об'єднаним з р-електродом нейтроночутливого P-I-N діода з р+областю під ним, з n+областю під ним, нейтроночутливого PI-N діода з р- та n-електродами з р+ та n+областями відповідно, польових електродів блокування поверхневих станів та керування чутливістю, областей збіднення під ними та шару ізолятора. Робота заявленого пристрою 1. До експозиції величина підзатворного заряду гамма-чутливого МОН транзистора та кількість дефектів кристалічної решітки в базі нейтроночутливого P-I-N діода мають деяке вихідне значення, що характеризується відповідним положенням вольт-амперних характеристик компонентів. При експонуванні в змішаних гамма-нейтронних полях в під дією гаммакомпонента випромінювання в підзатворному діелектрику (15) відбувається генерація електронно-діркових пар за рахунок енергії гамма-квантів, що перевищує ширину забороненої зони оксиду кремнію. Один гамма-квант створює багато електронно-діркових пар. Під дією електричного поля, створеного затвором (14), причому затвор має негативну полярність, а решта елементів пристрою мають позитивну полярність, електрони, рухливість яких на чотири порядки вища, ніж у дірок, потраплять до областей транзистора, що мають позитивний потенціал, а дірки будуть мігрувати до поверхні розділу Si-SiO2 під затвором (3), де будуть захоплені перехідним шаром, формуючи довготривалий енергонезалежний позитивний заряд, поява якого змінить напругу відкривання транзистора Vт.п. в сторону більших по модулю значень. Посередній вимір отриманої дози провадиться або шляхом контролю напруги відкривання транзистора VT на визначеному струмі пропускання, або виміром напруги на стоці транзистора при замкнутому на стік затворі на визначеному струмі пропускання. Чутливість гамма-компонента встановлюється шляхом подання на затвор транзистора визначеної напруги поляризації в режимі експонування. Для визначення величини отриманої нейтронної дози використовується явище деградації кристалічної структури в базі P-I-N діода. Падаючий потік нейтронів збільшує кількість дефектів в матеріалі бази (1) нейтроночутливого р-i-n діода, розрахованого на роботу в умовах протікання прямого струму, що приводить до відповідного збільшення кількості захоплених та утримуваних на дефектах структури носіїв заряду, що були інжектовані в базу діода при створенні прямого зміщення та відповідному збільшенню рекомбінації згаданих носіїв, що еквівалентно підвищенню електричного опору бази діода. Чим більше нейтронів що мають енергію, достатню для зміщення атомів решітки (для кремнію Е>250 еВ), потрапило в базу діода, тим більше породжених дефектів, захоплених носіїв, більший ефект рекомбінації інжектованих носіїв, що приводить до зсуву прямої гілки вольт-амперної характеристики діода вправо, тобто зменшенню струму через діод. Різниця між величинами прямої напруги на діоді до та після експозиції при одному й тому ж струмі і є джерелом інформації про величину отриманої нейтронної дози. Вплив додаткової генерації та рекомбінації носіїв на поверхневих станах, що маскує ефект об'ємної рекомбінації і таким чином знижує чутливість приладу, зменшується завдяки застосуванню ізолюючого покриття, наприклад, SiO2, що використовує значну частину обірваних зв'язків на поверхні кристала. Виключення впливу некомпенсованих поверхневих станів забезпечено завдяки поданню порогового значення збагачуючої напруги на польові електроди. Регулювання чутливості P-I-N діода провадиться шляхом зміни опору або однієї області (5), або сумісно областей (5), (10) при зміні збагачуючого відносно матеріалу бази керуючого потенціалу, при чому частина струму бази відгалужується в тонкий прошарок збагачення, що має знижену чутливість завдяки великій електропровідності (концентрації основних носіїв) та малій кількості центрів генерації-рекомбінації, що потрапили в об'єм згаданого прошарку. 2. Робота заявленого пристрою за п. 2 не має особливостей, за винятком того, що чутливість обох компонентів пристрою не регулюється, затвор гамма-чутливого транзистора в часі експозиції поєднаний зі стоком та витоком МОН транзистора, а під час виміру затвор 6 UA 97962 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підключений до стоку. Отримана доза визначається через вимір різниці напруги між стоком та витоком при пропусканні визначеного струму через транзистор до та після експозиції. Робота P-I-N діода пристрою проходить з урахуванням того, що структура матеріалу бази попередньо деградована, наприклад, в нейтронному потоці для отримання заданої густини дефектів для забезпечення потрібної вихідної чутливості та оперативна зміна чутливості не передбачена, а єдиний розрізний польовий електрод (4) під сталим збіднюючим потенціалом відносно n-електрода (6), призначений тільки для блокування поверхневих ефектів і сформована під ним переривчаста область (5) не перекривається з n+областю (7). Переривчастість області (5), що складається з ряду ізольованих смужок, розташованих перпендикулярно напряму струму, викликана необхідністю уникнення умов перетікання струму через область в районі збагаченому інжектованими дірками біля р-n переходу. Вимір отриманої дози проводиться шляхом визначення різниці напруги на р-електроді відносно n-електрода до і після експозиції при пропусканні через діод прямого струму визначеної величини. 3. Робота заявленого пристрою за п. 3 не має особливостей відносно п. 1, за винятком того, що з метою підвищення надійності у режимі зчитування для роботи в умовах електромагнітних завад, нейтроночутливий P-I-N діод виконано для роботи в зворотному включенні та для отримання інформації про рівень експозиції використовується зворотний струм, зумовлений об'ємною генерацією неосновних носіїв, а регулювання чутливості та блокування поверхневих станів відбувається шляхом зміни збіднюючого потенціалу, що має нижню межу в 3-4 вольт для формування збіднених областей та інверсійних шарів під польовими електродами (4), (9). Вимір отриманої дози проводиться шляхом визначення різниці протікаючого струму до і після експозиції при поданні на електроди діода зворотної напруги визначеної величини. 4. Робота заявленого пристрою за п. 4 не має особливостей відносно пп. 2, 3, за винятком того, що з метою використання пристрою як спрощеного індивідуального накопичувача дози та її виміру в польових умовах, з підвищеним рівнем завад використаний P-I-N діод у зворотному включенні, але відсутнє регулювання чутливості. Вимір отриманих доз проводиться згідно з п. 3. 5. Робота заявленого пристрою за п. 5 не має особливостей відносно п. 1, за винятком того, що згідно з фіг. 5 в часі експозиції на затвори транзистора подається постійна напруга різної полярності (наприклад, на затвор (14) подається негативна напруга, а на затвор (17) позитивна), що приводить до зміщення виниклого під час експозиції позитивного заряду під затвор, що має негативний потенціал, під час експозиції на затвори транзистору подається постійна напруга різної полярності, тобто на затвор (13) подається негативна напруга, а на затвор (17) - позитивна, що приводить до зміщення виниклого під час експозиції позитивного заряду під затвор, що має негативний потенціал. При поданні в процесі виміру, наприклад, однакової відкриваючої напруги на затвори (14), (17), струм через канал під затвором (14) та стік (13) буде меншим порівняно зі струмом через канал під затвором (17) та стік (16), що дасть змогу посередньо через віднімання величин струмів стоків визначити отриману дозу та значно компенсувати похибку виміру, пов'язану зі зміною у часі параметрів транзисторів та коливаннями температури. Робота нейтроночутливого компонента відбувається згідно з п. 1. Вимір нейтронної дози проводиться згідно з п. 1. 6. Робота заявленого пристрою за п. 6 не має особливостей відносно п. 3, за винятком того, що згідно з фіг. 6 з метою підвищення надійності у режимі зчитування для роботи в умовах електромагнітних завад, нейтроночутливий P-I-N діод зміщений у зворотному напрямі та для отримання інформації про рівень експозиції використовується зворотний струм, зумовлений об'ємною генерацією, що дає можливість в десятки разів підвищити напругу в ланцюзі зчитування, а регулювання чутливості та блокування поверхневих станів відбувається шляхом зміни збіднюючого потенціалу, що має нижню межу в 3-4 вольт для формування збіднених областей та інверсійних шарів під польовими електродами (4), (9). Вимір отриманої нейтронної дози проводиться згідно з п. 3, дози гамма-випромінювання - згідно з п. 5. 7. Робота заявленого пристрою за п. 7 не має особливостей відносно пп. 1, 5, за винятком того, що згідно з фіг. 7 для подальшого підвищення чутливості гамма-чутливого компонента згаданого пристрою, на шарі потовщеного діелектрика розташований додатковий поляризаційний електрод (18), що в часі експонування має позитивний потенціал. Породжені в додатковій області потовщеного діелектрика дірки відштовхуються від позитивного електрода в напрямку затвора (13), що збільшує заряд під цим затвором і, відповідно, чутливість транзистора при визначенні дози. Вимір змінених параметрів обох компонентів пристрою не має особливостей відносно п. 5. 8. Робота заявленого пристрою за п. 8 не має особливостей відносно пп. 1, 6, за винятком того, що згідно з фіг. 8 для підвищення надійності у режимі зчитування для роботи в умовах 7 UA 97962 C2 5 електромагнітних завад, нейтроночутливий P-I-N діод зміщений у зворотному напрямі та для отримання інформації про рівень експозиції використовується зворотний струм, зумовлений об'ємною генерацією, а регулювання чутливості та блокування поверхневих станів відбувається шляхом зміни збіднюючого потенціалу, що має нижню межу в 3-4 вольт для формування інверсійних шарів на поверхні та збіднених областей під польовими електродами (4), (9). Вимір змінених параметрів обох компонентів пристрою не має особливостей відносно п. 6. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 1. Інтегральний дозиметр для вимірювання отриманих доз в змішаних гамма-, нейтронних полях, що складається з гамма-чутливого МОН транзистора з потовщеним шаром підзатворного діелектрика і металевим або полікремнієвим затвором та нейтроночутливого P-I-N діода з подовженою базою, покриту шаром захисного діелектрика, який відрізняється тим, що згаданий транзистор та згаданий діод виконані на одній напівпровідниковій, наприклад, кремнієвій n-типу основі (1) та мають спільний р-електрод (2) з р+ областю під ним, що є витоком МОН транзистора і в той же час анодом P-I-N діода, а на поверхні згаданого захисного діелектрика розташовані польові електроди (4), (9) для компенсації поверхневих станів та регулювання чутливості P-I-N діода, а область n+ (7) під n-електродом діода заходить під електрод (4). 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що його виконано з матеріалу, структура якого попередньо деградована, наприклад, в нейтронному потоці, для отримання заданої густини дефектів для забезпечення потрібної вихідної нейтроночутливості, який має єдиний розрізний польовий електрод (4) під збіднюючим потенціалом відносно матеріалу бази, сформовану під ним переривчасту область (5) не перекривається з n+областю (7). 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що P-I-N діод виконаний для роботи у зворотному напрямі та під електродом (4) сформовано область збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з р+областю р-n переходу діода. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що виконано з матеріалу, структура якого попередньо деградована, наприклад, в нейтронному потоці, для отримання заданої густини дефектів для забезпечення потрібної вихідної чутливості та під електродом (4) сформовано область збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з р+областю р-n переходу діода, розрахованого на роботу в умовах зворотного включення. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що до гамма-чутливої частини пристрою добавлений додатковий стік (16), добавлений затвор (17), спільний шар потовщеного діелектрика (15) розташований між затворами, стоками та спільним витоком (2), що одночасно є p- електродом P-I-N діода, розрахованого на роботу в умовах прямого включення. 6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для можливості заміру нейтронної дози в умовах дії електромагнітних завад, P-I-N діод зміщено у зворотному напрямі, під електродами (4), (9) сформовано області збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з р+областю р-n переходу діода, розрахованого на роботу в умовах зворотного включення. 7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що на шарі потовщеного діелектрика розташований додатковий поляризаційний електрод (18), a P-I-N діод, розрахований на роботу в умовах прямого включення. 8. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, під електродами (4), (9) сформовано області збіднення відносно матеріалу бази, та ця область перекривається з р+областю р-n переходу діода, розрахованого на роботу в умовах зворотного включення. 8 UA 97962 C2 9 UA 97962 C2 10 UA 97962 C2 11 UA 97962 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12