186151. lajstromszámú szabadalom • Félvezető detektor különböző fajtájú radioaktív sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére és eljárás ilyen detektorok előállítására
1 186 151 2 szerint válogató berendezésbe (ún. jelalakdiszkriminátorba) vezetve lehetővé válik a különböző fajtájú radioaktív sugárzásoknak egyetlen félvezető detektorral történő egyidejű, egymástól független mérése. A találmány szerinti detektor kis térerősségű tartományának kialakítása a detektor anyagába kívülről bejuttatott elektromosan aktív (az alapanyagtól függően akár p-típusú, akár n-típusú) szennyezésekkel történhet. A szennyezéseket olyan mélységbe kell bejuttatni, hogy a detektor felületén kialakuló „belépő ablak” (holt réteg) vastagsága minimális legyen. A találmányt a következőkben a csatolt rajzon vázolt két kiviteli példa kapcsán ismertetjük. Az 1. ábra az első példa szerinti detektor metszete, a 2. ábra a második példa szerinti detektor metszete. A példák szerinti detektorok alapanyagaként p-típusú szilíciumot alkalmazunk. A szilíciumlapka egyik oldalára alumíniumot vákuumgőzölünk, majd a lapkát diffúziós kályhába helyezzük. Az alumínium - a hőmérséklettől és a diffúzió idejétől függő mértékben - behatol a szilíciumba, és abban erős p-tipusú szennyezéssel diffúziós D réteget hoz létre. Lényeges, hogy a lapkára gőzölt alumínium mennyisége ne lépje túl a szilícium kellő mértékű szennyezéséhez (vagyis a kis térerősségü tartomány kialakításához) szükséges értéket, mivel ellenkező esetben vastag „holt réteg” alakul ki a detektor felületén, ami lehetetlenné teszi bizonyos szintnél kisebb energiájú töltött részecskék detektálását. A detektor másik oldalára lítiumot vákuumgőzölünk, majd ugyancsak diffúzió útján lítiumdiffúziós B tartományt, illetve n-p átmenetet alakítunk ki. A lítiumot ezután az ismert ún. driftelési eljárással juttatjuk a szilícium belsejébe, ahol megtörténik a szilíciumban eredetileg jelenlevő p-típusú szenynyezések kompenzálása és a közel sajátvezetésü (intrinsic) érzékeny C térfogat kialakítása. Ezen folyamatnak ugyancsak lényeges eleme, hogy a lítiumdriftelést egészen az alumíniumdiffúzió határfelületéig kell végezni, hogy ne maradjon kompenzálatlan szilíciumréteg. Az ily módon előállított félvezető detektor belépő ablakának (A holt réteg) vastagsága olyan kicsi, hogy a detektor alkalmas kis energiájú alfa részek vagy protonok mérésére, sőt energia-spektroszkópiára is. A detektor alkalmassá tehető (főleg lassú) neutronok detektálására is, ha a detektor A ablakára vékony rétegként l0B-ban dúsított E fóliát teszünk (2. ábra). A 10B-ban a neutronok hatására elsősorban az ismert l0B + n->7Li + ‘'He + 2,31 MeV magreakció alakul ki. A maximálisan 1,5 MeV energiájú alfa-részek a detektor segítségével jól detektálhatok még nagy (néhányszor 10~8 A/kg) erősségű gamma-háttérsugárzás egyidejű jelenléte esetén is, megfelelő jelaiakdiszkriminátor alkalmazásával. Hasonlóképpen mérhető a gamma sugárzás intenzitása is egyidejűleg, a neutron sugárzástól függetlenül. A detektor kimenetén megjelenő elektromos impulzusok felfutási ideje gamma sugárzás detektálása esetén kisebb mint 100 nanoszekundum, míg neutron (alfa) sugárzás detektálásánál a felfutási idő ezen érték többszöröse (az alumíniumdiffúzió mélységétől függően). A szennyező anyag mennyiségének, minőségének és a szennyezett (kis térerősségü) réteg vastagságának alkalmas megválasztásával lehetséges béta és gamma sugárzás egyidejű, egymástól független mérése is a találmány szerinti detektorral. Szabadalmi igénypontok 1. Félvezető detektor különböző fajtájú radioaktív sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére, amelynek - célszerűen szilíciumból kialakított - érzékeny térfogata és ennek egyik oldalán holt rétege van, azzal jellemezve, hogy az érzékeny térfogatban különböző elektromos térerősséggel rendelkező tartományok vannak kialakítva, és a kis térerősségű tartomány vastagsága összemérhető a detektálni kívánt kisebb hatótávolságú ionizáló részecskének a detektor anyagában mérhető hatótávolságával, a holt réteg (A) vastagsága pedig kisebb, mint a detektálni kívánt legkisebb energiájú töltött részecske hatótávolsága a detektor anyagában. 2. Az 1. igénypont szerinti detektor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a holt réteg (A) alumíniumból van, és alatta alumíniumdiffúziós réteg (D) var kialakítva. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti detektor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a holt réteggel (A) ellentétes oldalon lítiurnréteg van, és alatta lítiumdiffúziós tartomány (B) van kialakítva. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti detektor kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a holt réteg (A) fölött l0B-ban dúsított fólia (E) van. 5. Eljárás különböző fajtájú radioaktív sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére alkalmas félvezető detektor előállítására, azzal jellemezve, hogy szennyezett szilíciumlapka egyik oldalára alumíniumot, másik oldalára lítiumot vákuumgőzölünk, a szilíciumlapka belsejében diffúzió útján alumíniumdiffúziós, illetve lítiumdiffúziós réteget hozunk létre, a szilíciumlapka belsejébe drifteléssel lítiumot juttatunk, amellyel kompenzáljuk a szenynyezéseket, és közel sajátvezetésü érzékeny térfogatot alakítunk ki. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a lítiumdriftelést az alumíniumdiffúzió határfelületéig végezzük. 7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az alumíniu nréteg fölé I0B-ban dúsított fóliát viszünk fel. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2 db ábra
