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

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, покритою 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, розрахованого на роботу в умовах прямого включення, 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 пристрій виконано з матеріалу, структура якого попередньо деградована, наприклад, в нейтронному потоці, для отримання заданої густини дефектів для забезпечення потрібної вихідної нейтроночутливості, 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). 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що PI-N діод виконаний для роботи у зворотному напрямі, та під електродом (4) сформовано область 2 (19) 1 3 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'єкту 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 в якості аналогу. Оскільки нейтрони - електричнонейтральні частки, вони не можуть бути виявлені безпосередньо за допомогою іонізації, тому в аналогу використовується властивість поглинання нейтронів атомами речовин, що мають прийнятні для даної енергії нейтрона перетини захоплення. В аналогу 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 спектру реєстрації використовується декілька шарів. Такий прилад може використовуватися в якості детектора гамма випромінювання при прямому опроміненні іонізаційного елементу. Недоліком даного приладу є великий розмір іонізаційного елемента, тобто непридатність роботи в потоках малого перетину. Необхідність мініатюризації пристроїв, чутливих до гамма-, нейтронного випромінювання, особливо нагальна у випадку застосування в радіаційній медицині, де використовуються потоки малого перетину, 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. 103108 [2]). Описуваний пристрій представляє 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 46015 4 вольт-амперної характеристики діоду. Вимір означеного зсуву характеристики дає можливість визначити величину отриманої дози нейтронного компоненту випромінювання. Визначення інтенсивності гамма компоненту випромінювання проводиться в процесі опромінення шляхом виміру зворотного струму цього ж діоду (фотоструму). Описаний пристрій прийнятий заявниками в якості часткового прототипу. Суттєвим недоліком даного рішення є те, що одночасний вимір отриманих нейтронної та гамма доз утруднений, бо фотострум діоду 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 гамма випромінювання в залежності від вже отриманої на момент виміру зворотного струму діоду 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 lowcost commercial mosfet as radiation dosimeter» авторів L. J. Asensio, M. A. Carvajal та ін., Sensors and Actuators A 125 (2006) pp. 288-295 [3]). Під час експозиції кванти іонізуючого випромінювання породжують електронно-діркові пари в матеріалі підзатворного окислу. Завдяки існуванню на межі Si-SiО2 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. Електрони, рухливість яких на чотири порядки вища, ніж у дірок, в основному встигають покинути підзатворну область до рекомбінації. Дірки віддалені від поверхні розділу Si-SiО2, 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 VT . Описаний на даному прикладі процес привів до створення різноманітних дозиметрів, з використанням в якості чутливого елемента або стандартного, або спеціально розробленого МОН транзистора з потовщеним підзатворним шаром, 5 46015 6 141-143 [5], шляхом розміщення додаткового наприклад, описаного в статті «Dosimetric evaluaпольового електроду поверх захисного діелектриtion of a new design MOSFET in vivo dosimeter» ка. Згаданий електрод має деякий потенціал відавтора Н. Halvorsen, Medical Physics, vol. 32, pp. носно бази діода і поле цього електроду блокує 110-117, 2005 [4]. поверхневі пастки. Зворотний струм через такий Останній пристрій прийнятий заявниками як діод при вищій за граничну напрузі на польовому частковий прототип. електроді визначається тільки об'ємною генераціЦей прототип має довготривалу пам'ять дози єю та падає до рівня, визначеного формулою 5.39 гамма випромінювання. Недоліком прототипу є , наведеною в [4], стор. 142: відсутність чутливості до нейтронного випромінювання. IgV = SП.Е. + Spn eni W / tg Задача - створення пристрою, вільного від I вказаних недоліків обраних прототипів. де: gV - струм об'ємної генерації; Технічне рішення поставленої задачі досягаSП.Е. - площа польового електроду; ється тим, що, маючи на меті створення пристрою, чутливого як до нейтронного так і до гамма випроSpn - площа р-n переходу; мінювання зі зменшеною залежністю вимірювальe - заряд електрона; них характеристик пристрою від «чужих» отримаni - щільність розміщення центрів генераціїних доз і довготривалою пам'яттю дози, заявники пропонують інтегрований пристрій, в склад якого рекомбінації; входить нейтроночутливий P-I-N діод та гаммачутW - глибина збідненого шару в поверхневій ливий р-канальний МОН транзистор, які виконані області напівпровідника; на спільній напівпровідниковій основі та можуть tg мати сполучені або спільні електроди. Реєстровані - об'ємний генераційний час життя. під час виміру отриманої дози струми обох елемеЗгідно формули 5.10 [4], глибина області збіднтів є функцією відповідних доз та описуються нення W визначається, як: наведеними нижче формулами з поясненнями. ù Прямий струм P-I-N діода І виводиться з фор2С Д ee é W = 0 ê 1+ CД (V + UK ) + Q* - 1ú мули (2) [2], стор. 103: t CД ê ee0еNa ú ë û V = a(kT / e) ln(I / I0 ) + IR CД де: - питома ємність діелектрика, Де: V - напруга не діоді; a - параметр якості діода; V - напруга, прикладена до польового електрода, k - стала Больцмана; VK - контактна різниця потенціалів, T - температура; e - заряд електрона; Q* - ефективний поверхневий заряд, t I - прямий струм діода; e - відносна діелектрична стала кремнію, I0 - струм насичення діода; e0 - електрична стала вакууму (8,85 * 10-12 R - опір бази діода. Ф/м), ( I0 та R є функцією дози опромінення). Na - концентрація легуючої домішки (акцепПоложення прямої гілки характеристики залетора). жить від ступеня рекомбінації основних носіїв в Змінюючи напругу на керуючому електроді, базі діода на поверхневих та об'ємних центрах можна змінювати глибину області збіднення при генерації-рекомбінації, що скорочує дифузійну зворотному включенні діода, тим самим виключадовжину носіїв в базі діода. Величина прямого ючи дію поверхневих станів на зворотний струм. струму І залежить від прямої напруги V, прикладеПри цьому міняється кількість центрів об'ємної ної до діода, питомого опору матеріалу детектора, генерації (дефектів решітки), що потрапляють до омічного опору бази, дифузійної довжини, що заобласті збіднення. Оскільки щільність розміщення лежить від кількості дефектів решітки, в тому числі центрів генерації-рекомбінації при експонуванні в отриманих дефектів, кількість яких пропорційна потоці нейтронів є функцією дози опромінення, нейтронній дозі, та конкретної конструкції приладу. заявники вважають, що струм об'ємної генерації Оскільки чутливість P-I-N діода також залежить від також може бути використаний для визначення наявності поверхневих дефектів (станів), недокомдози опромінення. пенсованих шаром захисного діелектрика (ці деДля МОН компоненту пристрою, згідно даних, фекти, породжені неоднорідністю поверхні та занаведених в статті «Electrical Performance and Raбрудненнями, формують нерівний потенціальний diation Sensitivity of Stacked PMOS Dosimeters Unрельєф поверхні, змінний у часі, що призводить до der Bulkbias Control» авторів В. O'Connell, С/ Conпояви пасток довільної глибини, вплив яких познаneely та ін., у збірнику «Transactions on Nuclear чається на формі та обсязі об'ємного заряду в базі Science, Vol. 45, 12. 1998, pp. 2689-2694 [6] виміі відповідному зсуві прямої гілки вольт-амперної рювальний параметр VO (напруга на стоці МОН характеристики діода). Зменшення впливу цих транзистора при даному струмі пропускання) випасток, забезпечується згідно даних, наведених у водиться з формули (1) на стор. 2690 книзі «Основы физики микроэлектронных систем металл-диэлектрик-полупроводник»,. Литовченко В. Г., Горбань А. П. К., «Наук. Думка», 1978, стор. ( ) [ ] 7 46015 8 збагачення під електродами (5), (10), що має зниæ ö ç ÷ жену чутливість завдяки великій електропровідно2IDS1(1 + d1) ÷ (1) сті та малій кількості породжених дефектів, що VO2 = VO + VTO - ç ç W1 ÷ потрапили в об'єм згаданого прошарку. m1Cox1 ÷ ç L1 è ø Гаммачутливий компонент пристрою предстаде: вляє собою МОН транзистор, наприклад, рканальний, що має стік (13) з відповідною р+ облаVO2 - напруга на стоці МОН транзистора при стю (11), металевий або полікремнієвий затвор заданому струмі пропускання; (14), розташований на потовщеному шарі оксиду VO - напруга на витоку транзистора; (15) та індукований канал (12) згаданого МОН транзистора, а в якості витоку використовується рVTO - напруга на стоці до експозиції; електрод (2) P-I-N діода. Встановлення прийнятної чутливості під час експозиції на затвор транзистоIDSi - струм стік - виток; ра проводиться шляхом подачі відповідної напруги W1 - ширина каналу транзистора; позитивної полярності 2. Пристрій за п. 1 з тим, що згідно Фіг.2 згадаL1 - довжина каналу транзистора; ний пристрій виконано з матеріалу, структура якоm1 - рухливість носіїв; го попередньо деградована, наприклад, в нейтронному потоці, для отримання заданої густини Cox - ємність оксиду; дефектів для забезпечення потрібної вихідної чутливості та оперативна зміна чутливості не передg d= (2) бачена, а єдиний розрізний польовий електрод (4) 2 - VDS1 - ФВ під сталим збіднюючим потенціалом відносно маg є фактор основи, представлений як: теріалу бази, призначений для блокування поверхневих ефектів і сформована під ним переривчас2eSqNSUB та область (5) не перекривається з n+ областю (7). (3) g= Оскільки згаданий потенціал є збагачуючим відноCox сно інжектованих носіїв, область (5) складається з В формулах (3), (4): ряду ізольованих смужок, розташованих перпенNSUB відповідає Na - концентрації легуючої дикулярно напряму струму, для уникнення умов домішки (акцептора), перетікання струму інжектованих носіїв через обq - заряд електрона, ласть в районі збагачення біля р-n переходу, а затвор гаммачутливого транзистора під час експоФ є об'ємний потенціал, виражений через: зиції поєднаний з витоком та стоком. 2kT NSUB 6kT 3. Пристрій за п. 1 з тим, що P-I-N діод розра+ ФВ = ln (4) q ni q хований для роботи в умовах зворотного зміщення і в цей час згідно Фіг.3 під електродом (4) існує ni - власна концентрація домішок. область збіднення відносно матеріалу бази, та ця Враховуючи наведені залежності, заявники область перекривається з р+областю р-n переходу пропонують наступне. діода та для проведення в умовах існування елек1. Інтегральний дозиметр для вимірювання тромагнітних завад виміру нейтронної дози викоотриманих доз в змішаних гамма-, нейтронних ристовується зворотний струм, зумовлений об'ємполях, що згідно Фіг.1 складається з напівпровідною генерацією в базі, що дає можливість в никової, наприклад, n-кремнієвої основи, нейтродесятки разів підвищити напругу в ланцюзі зчитуночутлива частина якого представляє собою P-I-N вання, а регулювання чутливості та блокування діод, розрахований на роботу в умовах прямого поверхневих станів відбувається шляхом зміни зміщення, та має протяжну базу, вкриту шаром потенціалу на польових електродах (4), (9).Виток захисного ізолятора (8),наприклад, SiO2 для зме(2) гамма-чутливого транзистора з р+ областю (3) ншення поверхневих ефектів, та на обох поверхпід ним одночасно є р+ електродом P-I-N діода, а нях згаданої основи поверх ізолятора розташовані стік (13) з р+ областю (11) розташований з іншої металеві польові електроди (4), (9) з керованими сторони затворного електроду. Регулювання чутвідповідними областями збагачення (5), (10) для ливості гамма компонента відбувається аналогічно основних носіїв матеріалу бази діода і підключап. 1. ються разом або нарізно, та металеві електроди 4. Пристрій за п. п. 2, 3 з тим, що згідно Фіг.4 наприклад, для даного типу провідності, рзгаданий пристрій виконано з матеріалу, структура електрод (2) і n-електрод (6), під якими відповідно якого попередньо деградована, наприклад, в нейза допомогою необхідних технологій сформовано тронному потоці, для отримання заданої густини р+ область (3) та n+ область (7), причому n+ обдефектів для забезпечення потрібної вихідної чутласть (7) перекривається з областю керованого ливості. Зміна чутливості шляхом встановлення збагачення (5) і згадані електроди знаходяться у напруги на польовому електроді (4) не передбачевікнах польового електроду (4). на. Для можливості заміру нейтронної дози в умоРегулювання чутливості пристрою по нейтвах дії електромагнітних завад, P-I-N діод зміщено ронній дозі провадиться шляхом зміни опору або у зворотному напрямі, під електродом (4) сформооднієї області (5), або сумісно областей (5), (10) вано область збіднення відносно матеріалу бази, при зміні керуючого потенціалу, при чому частина та ця область перекривається з областю р-n переструму бази відгалужується в тонкий прошарок ходу діода. 9 46015 10 5. Пристрій за п. 1 з тим, що згідно Фіг.5 до гананим з р-електродом нейтроночутливого P-I-N мма-чутливого компонента для підвищення стабідіода з р+ областю під ним, стоком згаданого тральності параметрів, чутливості та лінійності порівнзистора з n+ областю під ним, затвором згаданоняно з п.1 добавлений додатковий стік (16), го транзистора з каналом під ним, нейтроночутлидобавлений затвор (17), спільний шар потовщенового P-I-N діода з р- та n- електродами з р+ та n+ го підзатворного діелектрику (15) розташований областями відповідно, розрізного польового елекміж затворами, стоками та спільним витоком (2), троду блокування поверхневих станів і переривчащо одночасно є р- електродом P-I-N діода, а під тої області збіднення під ним та шару ізолятора. час експозиції на затвори транзистору подається 3. Фіг.3 представляє схематичну будову припостійна напруга різної полярності, тобто на застрою за п. 3 з умовним зображенням основи, гатвор (14) подається негативна напруга, а на заммачутливого МОН транзистора з витоком, об'єдтвор (17) - позитивна, що приводить до зміщення наним з р-електродом нейтроночутливого P-I-N виниклого під час експозиції позитивного заряду діода з р+ областю під ним, стоком згаданого трапід затвор, що має негативний потенціал. При понзистора з n+ областю під ним, затвором згаданоданні в процесі виміру, наприклад, однакової відго транзистора з каналом під ним, нейтроночутликриваючої напруги на затвори (14), (17), струм чевого P-I-N діода з р- та n- електродами з р+ та n+ рез канал під затвором (14) та стік (13) буде областями відповідно, ольових електродів блокуменшим порівняно зі струмом через канал під завання поверхневих станів та керування чутливіствором (17) та стік (16), що дасть змогу посередтю, ньо через віднімання величин струмів стоків виобластей збіднення під ними, та шару ізолятозначити отриману дозу та значно компенсувати ра. похибку виміру, пов'язану зі зміною у часі параме4. Фіг.4 представляє схематичну будову притрів транзисторів та коливаннями температури. строю за п. 4 з умовним зображенням основи, га6. Пристрій за п. п. 1, 5 з тим, що згідно Фіг.6 ммачутливого МОН транзистора з витоком, об'єддля можливості заміру нейтронної дози в умовах наним з р-електродом нейтроночутливого P-I-N дії електромагнітних завад, P-I-N діод зміщено у діода з р+ областю під ним, стоком згаданого тразворотному напрямі, що дає можливість в десятки нзистора з n+ областю під ним, затвором згаданоразів підвищити напругу у ланцюзі зчитування. Під го транзистора з каналом під ним, нейтроночутлиелектродом (4) сформовано область збіднення вого P-I-N діода з р- та n- електродами з р+ та п+ відносно матеріалу бази, та ця область перекриобластями відповідно, розрізного польового елеквається з областю (3) р-n переходу діода. троду блокування поверхневих станів і переривча7. Пристрій за п. п. 1, 5 з тим, що згідно Фіг.7 тої області збіднення під ним та шару ізолятора. для подальшого підвищення чутливості гаммачут4. Фіг.5 представляє схематичну будову приливого компоненту, на шарі потовщеного діелектстрою за п. 5 з умовним зображенням основи, гарику розташований додатковий поляризаційний ммачутливого МОН транзистора, затвором цього електрод (18), що під час експонування має позитранзистора з каналом під ним, стоком згаданого тивний потенціал. Породжені в додатковій області транзистора, додаткового гаммачутливого МОН потовщеного діелектрика біля електроду (18) дірки транзистора з окремим стоком, затвором та канавідштовхуються від позитивного електроду в налом і спільним з першим транзистором підзатворпрямку затвору (14) що збільшує заряд під цим ним діелектриком та спільним витоком обох транзатвором і, відповідно, чутливість МОН транзистозисторів, об'єднаним з р-електродом ра при визначенні дози гамма опромінення. нейтроночутливого P-I-N діода з р+ областю під 8. Пристрій за п. п. 1, 6, 7, з тим, що згідно ним, з n+ областю під ним, нейтроночутливого P-IФіг.8 для виміру отриманої нейтронної дози в умоN діода з р- та n- електродами з р+ та n+ областявах дії електромагнітних завад, P-I-N діод зміщено ми відповідно, польових електродів блокування у зворотному напрямі, що дає можливість в десятповерхневих станів та керування чутливістю, обки разів підвищити напругу ланцюга зчитування. ластей збагачення під ними та шару ізолятора. Під електродом (4) сформовано область збіднення 6. Фіг.6 представляє схематичну будову привідносно матеріалу бази, та ця область перекристрою за п. 6 з умовним зображенням основи, гавається з областю р-n переходу діода. ммачутливого МОН транзистора, затвором цього Перелік графічних матеріалів транзистора з каналом під ним, стоком згаданого 1. Фіг.1 представляє схематичну будову притранзистора, додаткового гаммачутливого МОН строю за п. 1 з умовним зображенням основи, гатранзистора з окремим стоком, затвором та канаммачутливого МОН транзистора з витоком, об'єдлом і спільним з першим транзистором підзатворнаним з р-електродом нейтроночутливого P-I-N ним діелектриком та спільним витоком обох трандіода з р+ областю під ним, стоком згаданого тразисторів, об'єднаним з р-електродом нзистора з n+ областю під ним, затвором згаданонейтроночутливого P-I-N діода з р+ областю під го транзистора з каналом під ним, нейтроночутлиним, з n+ областю під ним, нейтроночутливого P-Iвого P-I-N діода з р- та n- електродами з р+ та n+ N діода з р- та n- електродами з р+ та n+ областяобластями відповідно, польових електродів блокуми відповідно, польових електродів блокування вання поверхневих станів та керування чутливісповерхневих станів та керування чутливістю, обтю, областей збагачення під ними, та шару ізоляластей збідненення під ними та шару ізолятора. тора. 7 Фіг.7 представляє схематичну будову при2. Фіг.2 представляє схематичну будову пристрою за п. 7 з умовним зображенням основи, гастрою за п. 2 з умовним зображенням основи, гаммачутливого МОН транзистора, затвором цього ммачутливого МОН транзистора з витоком, об'єдтранзистора з каналом під ним, стоком згаданого 11 46015 12 транзистора, додаткового поляризаційного електпотік нейтронів збільшує кількість дефектів в марода, додаткового гаммачутливого МОН транзистеріалі бази (1) нейтроночутливого р-i-n діода розтора з окремим стоком, затвором та каналом і спірахованого на роботу в умовах протікання прямого льним з першим транзистором підзатворним струму, що приводить до відповідного збільшення діелектриком та спільним витоком обох транзискількості захоплених та утримуваних на дефектах торів, об'єднаним з р-електродом нейтроночутлиструктури носіїв заряду, що були інжектовані в вого P-I-N діода з р+ областю під ним, з n+ обласбазу діода при створенні прямого зміщення та відтю під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та повідному збільшенню рекомбінації згаданих носіп- електродами з р+ та n+ областями відповідно, їв, що еквівалентно підвищенню електричного польових електродів блокування поверхневих стаопору бази діоду. Чим більше нейтронів що мають нів та керування чутливістю, областей збагачення енергію, достатню для зміщення атомів решітки під ними та шару ізолятора. (для кремнію Е>250 еВ), потрапило в базу діода, 8. Фіг.8 представляє схематичну будову притим більше породжених дефектів, захоплених нострою за п. 8 з умовним зображенням основи, гасіїв, більший ефект рекомбінації інжектованих носіммачутливого МОН транзистора, затвором цього їв, що приводить до зсуву прямої гілки вольттранзистора з каналом під ним, стоком згаданого амперної характеристики діода вправо, тобто зметранзистора, додаткового поляризаційного електншенню струму через діод. Різниця між величинарода, додаткового гаммачутливого МОН транзисми прямої напруги на діоді до та після експозиції тора з окремим стоком, затвором та каналом і спіпри одному й тому ж струмі і є джерелом інфорльним з першим транзистором підзатворним мації про величину отриманої нейтронної дози. діелектриком та спільним витоком обох транзисВплив додаткової генерації та рекомбінації носіїв торів, об'єднаним з р-електродом нейтроночутлина поверхневих станах, що маскує ефект об'ємної вого P-I-N діода з р+ областю під ним, з n+ обласрекомбінації і таким чином знижує чутливість притю під ним, нейтроночутливого P-I-N діода з р- та ладу, зменшується завдяки застосуванню ізолююп- електродами з р+ та n+ областями відповідно, чого покриття, наприклад, SiO2, що використовує польових електродів блокування поверхневих стазначну частину обірваних зв'язків на поверхні кринів та керування чутливістю, областей збіднення сталу. Виключення впливу некомпенсованих повепід ними та шару ізолятора. рхневих станів забезпечено завдяки поданню поРобота заявленого пристрою рогового значення збагачуючої напруги на польові 1. До експозиції величина підзатворного заряелектроди. ду гаммачутливого МОН транзистора та кількість Регулювання чутливості P-I-N діода провадефектів кристалічної решітки в базі нейтроночутдиться шляхом зміни опору або однієї області (5), ливого P-I-N діода мають деяке вихідне значення, або сумісно областей (5), (10) при зміні збагачующо характеризується відповідним положенням чого відносно матеріалу бази керуючого потенціавольт-амперних характеристик компонентів. При лу, при чому частина струму бази відгалужується в експонуванні в змішаних гамма- нейтронних полях тонкий прошарок збагачення, що має знижену чутв під дією гамма компоненту випромінювання в ливість завдяки великій електропровідності (конпідзатворному діелектрику (15) відбувається генецентрації основних носіїв) та малій кількості рація електронно-діркових пар за рахунок енергії центрів генерації-рекомбінації, що потрапили в гамма квантів, що перевищує ширину забороненої об'єм згаданого прошарку. зони оксиду кремнію. Один гамма квант створює 2. Робота заявленого пристрою по п. 2 не має багато електронно-діркових пар. Під дією електриособливостей, за винятком того, що чутливість чного поля, створеного затвором (14), причому обох компонентів пристрою не регулюється, зазатвор має негативну полярність, а решта елементвор гаммачутливого транзистора в часі експозиції тів пристрою мають позитивну полярність, електпоєднаний зі стоком та витоком МОН транзистора, рони, рухливість яких на чотири порядки вища, ніж а під час виміру затвор підключений до стоку. у дірок, потраплять до областей транзистора, що Отримана доза визначається через вимір різниці мають позитивний потенціал, а дірки будуть мігрунапруги між стоком та витоком при пропусканні вати до поверхні розділу Si-SiO2 під затвором (3), визначеного струму через транзистор до та після де будуть захоплені перехідним шаром, формуючи експозиції. довготривалий енергонезалежний позитивний заРобота P-I-N діода пристрою проходить з ураряд, поява якого змінить напругу відкривання трахуванням того, що структура матеріалу бази попензистора Vт.п. в сторону більших по модулю знаредньо деградована, наприклад, в нейтронному чень. Посередній вимір отриманої дози потоці для отримання заданої густини дефектів провадиться або шляхом контролю напруги віддля забезпечення потрібної вихідної чутливості та оперативна зміна чутливості не передбачена, а VT на визначеному струмі кривання транзистора єдиний розрізний польовий електрод (4) під стапропускання, або виміром напруги на стоці транлим збіднюючим потенціалом відносно nзистора при замкнутому на стік затворі на визнаелектроду (6), призначений тільки для блокування ченому струмі пропускання. Чутливість гамма комповерхневих ефектів і сформована під ним перепоненту встановлюється шляхом подання на ривчаста область (5) не перекривається з n+ обзатвор транзистора визначеної напруги поляризаластю (7). Переривчастість області (5), що складації в режимі експонування. ється з ряду ізольованих смужок, розташованих Для визначення величини отриманої нейтронперпендикулярно напряму струму, викликана неної дози використовується явище деградації крисобхідністю уникнення умов перетікання струму талічної структури в базі P-I-N діода. Падаючий через область в районі збагаченому інжектовани 13 46015 14 ми дірками біля р-n переходу. Вимір отриманої похибку виміру, пов'язану зі зміною у часі парамедози проводиться шляхом визначення різниці натрів транзисторів та коливаннями температури. пруги на р- електроді відносно n-електроду до і Робота нейтроночутливого компоненту відбупісля експозиції при пропусканні через діод прямовається згідно п. 1. Вимір нейтронної дози прового струму визначеної величини. диться згідно п. 1. 3. Робота заявленого пристрою по п. 3 не має 6. Робота заявленого пристрою по п. 6 не має особливостей відносно п. 1, за винятком того, що з особливостей відносно п. 3, за винятком того, що ціллю підвищення надійності у режимі зчитування згідно Фіг.6 з ціллю підвищення надійності у режидля роботи в умовах електромагнітних завад, неймі зчитування для роботи в умовах електромагніттроночутливий P-I-N діод виконано для роботи в них завад, нейтроночутливий P-I-N діод зміщений зворотному включенні та для отримання інформау зворотному напрямі та для отримання інформації про рівень експозиції використовується зворотції про рівень експозиції використовується зворотний струм, зумовлений об'ємною генерацією неосний струм, зумовлений об'ємною генерацією, що новних носіїв, а регулювання чутливості та дає можливість в десятки разів підвищити напругу блокування поверхневих станів відбувається шляв ланцюзі зчитування, а регулювання чутливості та хом зміни збіднюючого потенціалу, що має нижню блокування поверхневих станів відбувається шлямежу в 3-4 вольт для формування збіднених облахом зміни збіднюючого потенціалу, що має нижню стей та інверсійних шарів під польовими електромежу в 3-4 вольт для формування збіднених обладами (4), (9). Вимір отриманої дози проводиться стей та інверсійних шарів під польовими електрошляхом визначення різниці протікаючого струму дами (4), (9). Вимір отриманої нейтронної дози до і після експозиції при поданні на електроди діопроводиться згідно п. 3, дози гамма випромінюда зворотної напруги визначеної величини. вання - згідно п. 5. 4. Робота заявленого пристрою по п. 4 не має 7. Робота заявленого пристрою по п. 7 не має особливостей відносно п. п. 2, 3, за винятком того, особливостей відносно п. п. 1, 5, за винятком того, що з ціллю використання пристрою в якості спрощо згідно Фіг.7 для подальшого підвищення чутлищеного індивідуального накопичувана дози та її вості гаммачутливого компоненту згаданого привиміру в польових умовах, з підвищеним рівнем строю, на шарі потовщеного діелектрику розташозавад використаний P-I-N діод у зворотному вклюваний додатковий поляризаційний електрод (18), ченні, але відсутнє регулювання чутливості. Вимір що в часі експонування має позитивний потенціал. отриманих доз проводиться згідно п. 3. Породжені в додатковій області потовщеного діе5. Робота заявленого пристрою по п. 5 не має лектрика дірки відштовхуються від позитивного особливостей відносно п. 1, за винятком того, що електроду в напрямку затвору (13), що збільшує згідно Фіг.5 в часі експозиції на затвори транзистозаряд під цим затвором і, відповідно, чутливість ру подається постійна напруга різної полярності транзистора при визначенні дози. Вимір змінених (наприклад, на затвор (14) подається негативна параметрів обох компонентів пристрою не має напруга, а на затвор (17) - позитивна), що привоособливостей відносно п. 5. дить до зміщення виниклого під час експозиції по8. Робота заявленого пристрою по п. 8 не має зитивного заряду під затвор, що має негативний особливостей відносно п. п. 1, 6, за винятком того, потенціал, під час експозиції на затвори транзисщо згідно Фіг.8 для підвищення надійності у режимі тору подається постійна напруга різної полярності, зчитування для роботи в умовах електромагнітних тобто на затвор (13) подається негативна напруга, завад, нейтроночутливий P-I-N діод зміщений у а на затвор (17) - позитивна, що приводить до зворотному напрямі та для отримання інформації зміщення виниклого під час експозиції позитивного про рівень експозиції використовується зворотний заряду під затвор, що має негативний потенціал. струм, зумовлений об'ємною генерацією, а регуПри поданні в процесі виміру, наприклад, однаколювання чутливості та блокування поверхневих вої відкриваючої напруги на затвори (14), (17), станів відбувається шляхом зміни збіднюючого струм через канал під затвором (14) та стік (13) потенціалу, що має нижню межу в 3-4 вольт для буде меншим порівняно зі струмом через канал під формування інверсійних шарів на поверхні та збізатвором (17) та стік (16), що дасть змогу посереднених областей під польовими електродами (4), дньо через віднімання величин струмів стоків ви(9). Вимір змінених параметрів обох компонентів значити отриману дозу та значно компенсувати пристрою не має особливостей відносно п. 6. 15 46015 16 17 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 46015 Підписне 18 Тираж 28 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