Мон накопичувач дози іонізуючих випромінювань

1. МОН накопичувач дози іонізуючих випромінювань, що складається з кремнієвої основи, на якій сформовані два МОН транзистори з товстим шаром підзатворного діелектрика та затворами, C2 1 3 ним в статті «Dosimetric evaluation of a new design MOSFET in vivo dosimeter» автора Η. Halvorsen, Appears in Medical Physics, vol. 32, pp. 110-117, 2005 [2]. Останній пристрій прийнятий заявниками в якості аналогу. Дозиметри з використанням МОН транзисторів знайшли широке застосування в областях науки і техніки, де потрібно вимірювати отриману дозу в різноманітних радіаційних полях, особливо при експонуванні в пучках малого діаметру (наприклад, в радіаційній медицині). Недоліком таких дозиметричних елементів є трудність отримання виробів з прийнятною повторюваністю, що спонукало, наприклад, до випуску приладів, інтегрованих з мікросхемою, яка дає можливість перезапису та містить в собі дані коректування, що набагато підвищило вартість такого чутливого елемента, збільшило його розміри та знизило надійність. Відомий також пристрій, описаний в патенті США № 4 788 581 «MOS dosimeter» від 29. 11. 1988 р, автори Knoll та ін [2], пункти 5 та 6 формули якого прийняті заявниками в якості прототипу ' Прототип складається з напівпровідникової основи, на якій сформовано дві області, кожна з яких включає в себе стік та виток МОН транзистора, накриті відповідно відносно товстими шарами діелектрику, причому шар діелектрику, наприклад, першої області виконаний з матеріалу, що порівняно з матеріалом шару діелектрику другої області має більший коефіцієнт іонізації. Затвори кожного транзистора - металічні, покривають області стоку та витоку транзисторів окремо. Аналіз прототипу показує, що такі транзистори, що початково мають однакові вольт-амперні характеристики, після опромінення матимуть різні напруги відкривання, оскільки завдяки різним коефіцієнтам іонізації у підзатворному діелектрику першого транзистора залишиться більший заряд і відповідно заряд під затвором буде більшим. При підключенні таких транзисторів до генератора струму, наприклад, в схемі з послідовним включенням транзисторів, а стоки транзисторів об'єднані з затворами, напруга на середній точці буде залежати від накопиченої дози і таким чином може бути визначена накопичена доза, а похибки вимірювання дози, пов'язані з температурою довкілля, старінням транзисторів і т. ін., в значній мірі скомпенсовані. Недоліком прототипу є складність виготовлення на одній основі двох підзатворних шарів з різними коефіцієнтами іонізації, що ускладнює та здорожує виробництво. Також компенсація похибок вимірювання буде меншою за рахунок значних фізико-хімічних відмінностей матеріалу підзатворних шарів. Поза тим, залежність зсуву VT від отриманої дози має нелінійний характер, чутливість дозиметричного елементу знижується при великих дозах, що ускладнює процес виміру, а сама чутливість може виявитися недостатньою, наприклад, при визначенні малих доз Задача - створення пристрою, вільного від вказаних недоліків 94111 4 Технічне рішення поставленої задачі досягається тим, що: Використовуючи відомий факт збільшення чутливості дозиметричного елементу та покращання лінійності залежності зсуву Vт при прикладенні до затвору транзистора відносно позосталих елементів поляризаційної напруги (див. статтю «Использование структур на основе кремния как датчиков в аварийной дозиметрии смешанных гамманейтронных полей» авторів П. Г. Літовченко, А. Б. Розенфельда та ін. в збірнику №3 Весці акадзміі навук БССР, серія фізико-математичних наук, 1991, стор. 93 - 98) [4], а також відомий факт переміщення носіїв заряду під впливом електричного поля, заявники пропонують наступне. 1. Згідно фіг. 1 на подовженій кремнієвій пластинці (1) під шаром діелектрика збільшеної товщини (6) розміщено виток (2) та стік (9) першого МОН транзистора (наприклад, р-канального МОН транзистора) та виток (4) та стік (10) другого, такого ж транзистора, а на поверхні шару (6) сформовано металічний електрод затвору (8) першого транзистора, а також металічний електрод затвору (3) другого транзистора, електрично об'єднаний з електродом (8), а на межі Si-SiO2 існує перехідний шар (12), здатний утримувати дірки і обидва транзистори мають ідентичні характеристики, причому шар (6) діелектрика є спільним для обох транзисторів, а на поверхні цього шару біля торців пластинки (1) розташовано поляризаційні електроди (5) та (7) причому електрод (5) має негативну полярність відносно електроду (7). 2. Пристрій за п. Із тим, що згідно фіг. 2 для спрощення схеми підключення, збільшення чутливості завдяки зменшенню довжини шляху дірок та їх більшою концентрацією під затвором правого транзистора роль поляризаційних електродів в режимі накопичення дози виконують електрично незалежні затвори транзисторів, причому роль електроду (5) виконує затвор (3), а роль електроду (7) виконує затвор (8). 3. Пристрій за п. Із тим, що згідно фіг. 3 для подальшого збільшення чутливості область діелектрика, з якої проводиться збирання породжених дірок збільшено за рахунок подовження основи (1) та шару діелектрика (6) за межі транзистора (4), (10), (3) та біля торця на поверхні діелектрика сформовано додатковий електрод (5), який в часі експозиції відштовхує породжені дірки в напрямку затвору згаданого транзистора. 4. Пристрій за п. 3 з тим, що згідно фіг. 4 для розширення динамічного діапазону, що потребує розмірів перехідного шару на межі напівпровідникокисел, готового до утримання більшої кількості генерованих дірок, що покращує лінійність залежності зсуву вольт-амперної характеристики МОН транзистора на великих експозиціях, затвори транзисторів виконані з полікремнію. Перелік графічних матеріалів 1.Фіг. 1 представляє схематичну будову пристрою за п.1 з умовним зображенням основи, МОН транзисторів, поляризаційних електродів, позитивних носіїв заряду, перехідного шару на межі SiO2. 2. Фіг. 2 представляє схематичну будову пристрою за п.2 з умовним зображенням основи та 5 МОН транзисторів, затвори яких виконують роль поляризаційних електродів, позитивних носіїв заряду, перехідного шару. 3. Фіг. 3 представляє схематичну будову пристрою за п.3 з умовним зображенням основи, МОН транзисторів, затвори яких виконують роль поляризаційних електродів, позитивних носіїв заряду, перехідного шару та додаткового поляризаційного електрода. 4. Фіг. 4 представляє схематичну будову пристрою за п.4 з умовним зображенням основи, МОН транзисторів, полікремнієві затвори яких виконують роль поляризаційних електродів, позитивних носіїв заряду, двох перехідних шарів на межі SiO: та додаткового поляризаційного електрода. Робота заявленого пристрою До експозиції параметри обох транзисторів, наприклад, р-канальннх МОН транзисторів, виконаних за однаковою технологією, практично однакові. Під час експозиції кванти випромінювання породжують електронно - діркові пари в матеріалі підзатворного ізолятора. Під дією електричного поля, створеного поляризаційними електродами, причому електрод (5) має негативну полярність, а електрод (7) має позитивну полярність, електрони, рухливість яких на чотири порядки вища, ніж у дірок, потраплять до областей транзисторів, що мають позитивний потенціал, а дірки будуть мігрувати до поверхні розділу Si-SiO2 під затвором (3), де будуть захоплені перехідним шаром (12), формуючи довготривалий енергонезалежний позитивний заряд, поява якого змінить напругу відкривання правого транзистора Vт.п. в сторону більших по модулю значень. В той же час частина дірок з підзатворного об'єму лівого транзистора перейде до підзатворного об'єму правого транзистора, тобто об'ємний заряд під затвором лівого транзистора зменшиться і напруга відкривання лівого транзистора Vт.л зміниться менше. При вимірюванні накопиченої дози, подаючи на затвори транзисторів напруги відкривання Vт.п.,Vт.п. матимемо різні значення напруги відкривання для кожного транзистора, і величина цієї різниці при відповідному 94111 6 калібруванні дасть прямий відлік накопиченої дози, а похибки вимірювання дози, пов'язані з температурою довкілля, старінням транзисторів і т. ін., в значній мірі скомпенсовані за рахунок віднімання значень Vт.п.,Vт.п. 2. Робота заявленого пристрою по п. 2 не має особливостей, за винятком того, що роль поляризаційних електродів виконують затвори транзисторів, причому на затвор лівого транзистора подається напруга позитивної полярності. Збільшення чутливості досягається за рахунок скорочення шляху носіїв порівняно з п. 1 та їх локалізацією під затвором. Вимірювання накопиченої дози провадиться при підключенні транзисторів до генераторів струму однакової величини, а стоки транзисторів об’єднані з затворами. Напруга між стоками буде залежати від накопиченої дози і таким чином може бути визначена накопичена доза, а похибки вимірювання дози, пов'язані з температурою довкілля, старінням транзисторів і т. ін., в значній мірі скомпенсовані. 3. Робота заявленого пристрою по п. 3 не має особливостей, за винятком того, що з метою збільшення чутливості на додатковій області діелектрика електрод (5) в часі експонування має позитивний потенціал. Тому під затвор правого транзистора потрапляють додаткові дірки, що збільшує чутливість пристрою. Вимір накопиченої дози та компенсація похибок не відрізняються від наведених в п. 2. 4. Робота заявленого пристрою по п. 4 не має особливостей порівняно з п. 3, за винятком того, що під полікремнієвими затворами транзисторів виникають дві області утримуваного позитивного заряду (12) та (13) за рахунок створення додаткової межі Si-SiO2 між оксидом і матеріалом затвору, а значить, і додаткового шару, що може утримувати додаткові дірки і сумарний заряд під затвором правого транзистора може бути більшим, що покращує лінійність реакції приладу. Вимір накопиченої дози та компенсація похибок не відрізняються від наведених в п. 3. 7 94111 8 9 94111 10 11 94111 12 13 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 94111 Підписне 14 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601