186151. lajstromszámú szabadalom • Félvezető detektor különböző fajtájú radioaktív sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére és eljárás ilyen detektorok előállítására
A találmány tárgya félvezető detektor különböző fajtájú radioaktív sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére és eljárás ilyen detektor előállítására. A félvezető nukleáris detektorok kifejlesztésével egyidejűleg általánossá vált az a törekvés, hogy ezen detektorok segítségével a radioaktív (és röntgen) sugárzások minél szélesebb körét tudják mérni, illetve érzékelni. Ezen törekvés magyarázata az, hogy a félvezető detektorok igen előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek. Kis méretűek, nagy érzékenységűek, robusztus kivitelűek, tehát mostoha körülmények között is alkalmazhatók, működésük független a külső mágneses és elektromos terektől. A (nem hütött) félvezető detektorok üzemfeszültsége alacsony, ami például robbanásveszélyes helyen való alkalmazás esetén jelent nagy előnyt. A jelenleg általánosan alkalmazott, szobahőmérsékleten működő félvezető detektorok elsősorban szilícium alapanyagokból készülnek. Az utóbbi években megjelentek különféle ún. kompaund félvezető detektorok is (kadmium-tellurid, higanyjodid stb.), ezek használata azonban még igen korlátozott. A fenti detektorokkal gyakorlatilag minden radioaktív sugárzásfajta érzékelhető, illetve mérhető, ha biztosítva van a sugárzásnak a detektor érzékeny térfogatába való bejutása. A detektor kimenetén megjelenő információ (villamos impulzus) jó tájékoztatást nyújt a detektált sugárzás intenzitásáról (impulzusszám/időegység), illetve energiájáról (impulzus nagyság). Az ismert detektorok ugyanakkor nem képesek megkülönböztetni az azonos vagy közel azonos energiájú, de különböző fajtájú radioaktív sugárzások (alfa, béta, gamma, illetve neutron sugárzás) által elsődlegesen (alfa, béta, gamma) vagy másodlagosan (neutron detektálás) keltett ionizációkat, így pl. alfa vagy neutron sugárzás mérésénél a detektor érzékeny a jelenlevő béta vagy gamma sugárzásra is. Ez utóbbiak hatását csak bonyolult különbségméréssel lehet esetenként csökkenteni. Ha a zavaró sugárzás intenzitása lényegesen nagyobb, mint a mérni kívánt fajtájú sugárzásé, ez a módszer sem alkalmazható, tehát a mérés lehetetlenné válik. A találmány célja ezen hiányosságok kiküszöbölése. A találmány feladata tehát olyan félvezető detektor létrehozása, amely alkalmas különböző fajtájú radioaktív sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére, továbbá eljárás létrehozása ilyen detektor előállítására. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha a detektor érzékeny térfogatában különböző elektromos térerősséggel rendelkező tartományokat alakítunk ki, akkor a kisebb elektromos térerősséggel rendelkező tartományban keletkező vagy azon áthaladó elektromos töltéshordozók (elektronok, ill. lyukak) sebessége kisebb lesz, mint a nagyobb elektromos térerősségű tartományban keletkező vagy azon áthaladó töltéshordozók sebessége. Ennek megfelelően a kétféle elektromos térerősséggel rendelkező tartományokban keltett vagy azokon áthaladó töltéshordozók által indukált elektromos impulzusok alakja (időbeli lefolyása) is különböző lesz. A kisebb térerősségű tartományban keletkezett töltéshordozók által létrehozott impulzusok kezdeti, növekvő szakaszának ún. felfutási ideje hosszabb lesz, mint a nagy térerösségű tartományban keletkezett impulzusoké. A kimeneten megjelenő információ alapján tehát megkülönböztethetők az egyidejűleg detektált eltérő fajtájú sugárzások. Ezen felismerés alapján az elsődleges feladat megoldása olyan félvezető detektor különböző fajtájú radioaktív sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére, amelynek célszerűen szilíciumból készült érzékeny térfogata és ennek egyik oldalán holt rétege van, és amelynél a találmány értelmében 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 vastagsága pedig kisebb, mint a detektálni kívánt legkisebb energiájú töltött részecske hatótávolsága a detektor anyagában. A találmány szerinti detektor egy előnyös kiviteli alakjánál a holt réteg alumíniumból van, és alatta alumíniumdiffúziós tartomány van kialakítva. Egy másik előnyös kiviteli alaknál a holt réteggel ellentétes oldalon lítiumréteg van, és alatta lítiumdiffúziós tartomány van kialakítva. Egy további előnyös kiviteli alaknál a holt réteg fölött ,0B-ban dúsított fólia van. A másodlagos feladat megoldása olyan eljárás különböző fajtájú radioaktiv sugárzások egyidejű, egymástól független mérésére alkalmas félvezető detektor előállítására, amelynél a találmány értelmében 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 kompenzál juk a szenynyezéseket, és közel sajátvezetésű érzékeny térfogatot alakítunk ki. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatositási módjánál a lítiumdriftelést az alumíniumdiffúzió határfelületéig végezzük. Egy másik előnyös foganatosítás! módnál az alumíniumréteg fölé ,0B-ban dúsított fóliát viszünk fel. A különböző térerösségű tartományok kialakításánál lényeges szempont a detektorral mérni kívánt sugárzások által képviselt, ill. létrehozott elsődleges vagy másodlagos ionizáló részecskék hatótávolsága a detektor anyagában. A kis térerősségű tartomány vastagságát úgy kell megválasztani, hogy az összemérhető legyen a kisebb hatótávolságú detektálni kívánt ionizáló részecskének (pl. alfa rész, proton stb.) a detektor anyagában mérhető hatótávolságával. Igen lényeges szempont ugyanakkor, hogy ezen kis hatótávolságú részecskék gyakorlatilag akadálytalanul, tehát számottevő energiaveszteség nélkül tudjanak behatolni a detektor érzékeny térfogatába. Ennek megfelelően a detektor ún. belépő ablakának (a mérni kívánt sugárzás belépési helyének) vastagságát lényegesen kisebbre kell választani, mint a mérni kívánt legkisebb energiájú töltött részecske (sugárzás) hatótávolsága a detektor anyagában. A fenti követelményeknek megfelelően kialakitott detektor kimenetén megjelenő elektromos impulzusokat alkalmas, felfutási idő 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5C 55 60 65 2
