Спосіб аналізу та контролю поля високоенергетичного випромінювання

Спосіб аналізу та контролю поля високоенергетичного випромінювання, оснований на тому, що для вимірювання та контролю флюенса нейтронів, дози у-квантів в об'єктах і частинах об'єктів складної форми, які знаходяться під впливом проника ючого випромінювання, використовують датчик та контрольно-вимірювальний прилад, який відрізняється тим, що датчик розміщують у важкодоступних місцях поля високоенергетичного випромінювання, усувають вплив датчика на вимірюваний потік нейтронів і у-квантів у контрольованому вузлі, бо його виготовляють за планарною технологією як напівпровідниковий резистор у мікромініатюрному виконанні і розміщують у необхідній контрольованій точці поля, а до і після опромінення контрольно-вимірювальний прилад використовують для виміру в датчику третьої гармоніки Винахід відноситься до фізики твердого тіла, мікроелектроніки, зокрема до вимірів корпускулярного випромінювання, його дозиметрії Розвиток спеціальних досліджень, зв'язаних з визначенням впливу на радіоелектронну та іншу апаратуру і матеріали високо енергетичного проникаючого випромінювання викликає необхідність розробки датчиків і вимірювальних пристроїв для реєстрації флюенса частинок і дози у-квантів, що мали б у порівнянні з існуючими більш високу чутливість, точність, мініатюрні габарити, були б прості і зручні в експлуатації Він описаний в книзі В Е Левина, Л П Хамьянова "Измерение ядерных излучений", М , Атомиздат, 1969р, с 113 Недоліками відомих способів є низька чутливість, що особливо позначається при малих рівнях опромінення, а також недостатня точність, зв'язана з поступовою деградацією електричних параметрів напівпровідника в міру збільшення флюенса чи інтегральної дози електромагнітного випромінювання Метою передбаченого винаходу є підвищення чутливості і точності виміру дози високоенергетичного опромінення Виконання поставленої задачі досягається тим, що у цьому способі контролю дози високоенергетичного випромінювання шляхом виміру змін електричних параметрів напівпровідникового резистивного датчика, вимірюють величину 3-і гармоніки перемінної синусоїдальної напруги до і після високо енергетичного опромінення і по величині її зміни судять про дозу випромінювання Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на фіг 1 зображена блок-схема пристрою для виміру по пропонованому способі, на фіг 2 - графік залежності зміни амплітуди 3-і гармоніки від дози опромінення (Езу - третя гармоніка при опроміненні у-квантами, Взо - третя гармоніка для неопромшеного резистора) ВІДОМІ пристрої для виміру дози високоенергетичного випромінювання, наприклад, пристрій для виміру випромінювання ядерного вибуху (патент Франції №2271639 по М кл 621Т5/00) по світловому й інфрачервоному випромінюванню, що складається з фотодатчика і системи обробки даних Відомий також пристрій для виміру потоку нейтронів (патент Японії №51-11280 по М Кл 621С17/00, 1976р) на основі інтегруючого ланцюжка з виходом на підсилювач вимірювального пристрою З відомих способів виміру дози високо енергетичного випромінювання найбільш близьким по технологічній сутності є спосіб виміру ядерного випромінювання за допомогою напівпровідникового датчика, що змінює електричний опір в процесі опромінення, і вимірника, який реєструє цю зміну СО сч Ю 51923 ПІКІВ" Розмір перероджених областей може бути різним (від декількох до сотень ангстрем) Госсик припускав, що значна частина їх буде більше 200А Локальну концентрацію дефектів він при18 19 3 ймав рівною 5 * 10 - 10 см При таких концентраціях акцепторних центрів кремній n-типу в межах ушкодженої області переходить у р-тип чи має власну провідність Локальне збільшення концентрації носив протилежного тилу в р - п області переходу буде викривляти його в області ушкодження через зміну розподілу концентрації носив струму Концентрація дефектів різко змінюється на межі між переродженою і неспотвореною матрицею Це визначає величину потенційної ями в енергетичній структурі кремнію на межі пошкодженої області Ширина і глибина таких потенційних ям в опроміненому кремнії впливає на його об'ємні електричні властивості ВІДПОВІДНО ДО розглянутої моделі область позитивного просторового заряду в матриці n-типу оточує пошкоджену ділянку ртипу (чи область із власною провідністю), ізолююСутність способу зрозуміла при розгляді причи його від матриці Радіус такої області в десять кладу реалізації його на наступному пристрої разів перевищує радіус розупорядкованої області, Завдання режиму виміру здійснювалося від досягаючи 2000А і більше стандартного генератора ГЗ-56/1, амплітуда наКрім пошкоджених ділянок р-типу (чи областей пруги синусоїдального сигналу 0,7В, Корисний із власною провідністю) у навколишню їхню матсигнал виділяється за допомогою фільтра з вхідрицю вводяться також точкові дефекти Вони діним опором ЗОООм і частотою 19,5кГц Амплітуда ють як центри розсіювання для носив заряду Точ3-і гармоніки вимірялася за допомогою селективкові дефекти згодом можуть збиратися в ного вольтметра на частоті F3 = 19,5кГц скупчення і формувати складні дефекти і комплекКремнієві інтегральні резистори розміром ЗО х си у відносно неушкодженій матриці кремнію 280мкм були виготовлені стандартними методами Утворення ушкоджених областей приводить планарної технології дифузією бора в л-кремній до зміни постійних кристалічної ґратки як у самих на глибину ж 0,7мкм до опору 10 - 16кОм/П зонах, так і в навколишній матриці напівпровідника Після первинного виміру амплітуди 3-і гармоі ВІДПОВІДНО до локальних змін теплових властивоніки резистори розміщувались в потоці нейтронів з стей кристалу Зменшення теплопровідності амоенергією 1,8МеВ і перебували там, послідовно в рфізованих областей при швидко протікаючих 12 13 14 2 процесах може приводити до різниці температур інтегральному потоці 1 0 , 10 і 10 см , а після матриці й ушкоджених областей, а отже, до зміни кожної дози вимірювали рівень 3-і гармоніки У температурного коефіцієнта опору в локальних типовому для цього конструкторськообластях, що і впливає на збільшення третьої гартехнологічному варіанті зразка ВІДНОСНІ виміри моніки амплітуди 3-й гармоніки склали при збільшенні дози 0,04, 0,48 і 6,2 ВІДПОВІДНО Це в межах помилЗастосування запропонованого винаходу доки виміру являє собою практично лінійну залежзволяє на 600% в порівнянні з існуючими способаність від дози При подальшому збільшенні дози ми підвищити точність виміру при вимірах опромідо 5 * 101 см 2 1 вище залежність стає нелінійною нення радіоелектронної апаратури в умовах Зв'язок між дозою і вимірюваним сигналом не радіації Крім цього, спосіб дозволяє використовуоднозначний для всіх конструкторських і техноловати в якості датчика чутливого до опромінення гічних варіантів інтегральних резисторів, а також дифузійні резистори кремнієвих інтегральних схем видів проникаючого опромінення й енергії частибезпосередньо досліджуваної апаратури, якщо в їх нок електричній схемі є можливість підключення їх до Поводження кремнію, опроміненого потоком вимірювального пристрою швидких нейтронів, було пояснено Госсиком на основі моделі, що враховує переродження області, що утворюється унаслідок формування "термічних При вимірюванні на напівпровідниковий резистивний датчик 1 через постійний резистор 2 від джерела З подається синусоїдальна напруга А як корисний сигнал, що характеризує дозу проникаючого випромінювання використовується рівень 3-і гармоніки, який виділяється на датчику 1 і реєструється вимірником 4 Амплітуда 3-і гармоніки змінюється в широких межах у залежності від дози опромінення (при ПОСТІЙНІЙ у цих умовах амплітуді основної частоти) При бомбардуванні високоенергетичними частинками чи у-квантами напівпровідникового резистора збільшується не ЛІНІЙНІСТЬ величини його електричного опору, що викликає збільшення рівня 3-й гармоніки Так, при бомбардуванні нейтронами і у-квантами кремнієвого планарного інтегрального р-резистора зміни рівня 3-і гармоніки при основній частоті 6,5кГц, у залежності від дози опромінення і технології одержання резистора, перевищувало зміну електричного опору (3%) Рівень 3-і гармоніки змінюється на 600% 51923 6 1 2 ЗОНА ОПРОМІНЕННЯ Фіг. 1. І 6,0 3 J / 40 2 Z 2.0 г — 5*106 ІО7 — " — 5*107 ІО8 Ф,см" 2 Фін 2. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71