EP1266240A1 - DETECTEUR DE RAYONNEMENT A JONCTION SEMI-CONDUCTRICE POUR LA MESURE DE FORTS DEBITS DE DOSE DE RAYONNEMENT X OU $g(g) - Google Patents

DETECTEUR DE RAYONNEMENT A JONCTION SEMI-CONDUCTRICE POUR LA MESURE DE FORTS DEBITS DE DOSE DE RAYONNEMENT X OU $g(g)

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Publication number
EP1266240A1
EP1266240A1 EP01917186A EP01917186A EP1266240A1 EP 1266240 A1 EP1266240 A1 EP 1266240A1 EP 01917186 A EP01917186 A EP 01917186A EP 01917186 A EP01917186 A EP 01917186A EP 1266240 A1 EP1266240 A1 EP 1266240A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
junction
radiation detector
detector according
temperature
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01917186A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pascal Chambaud
Mikael Kais
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Orano Demantelement SAS
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1266240A1 publication Critical patent/EP1266240A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/244—Auxiliary details, e.g. casings, cooling, damping or insulation against damage by, e.g. heat, pressure or the like

Definitions

  • the invention relates to a radiation detector with a semiconductor junction for measuring high dose rates of X or ⁇ radiation. More particularly, the invention relates to a radiation detector with a semiconductor junction capable of measuring high radiation fluxes (for example 50 kGy) and of operating at very large cumulative doses.
  • the invention finds an advantageous application in hot cells of the nuclear industry.
  • a known detector is the ionization chamber.
  • An ionization chamber requires the presence of a voltage of several hundred volts in order to create the electric field required to collect the particles (electrons and holes) resulting from the ionization phenomenon created by the flow of photons.
  • the current thus created is measured by a preamplifier stage performing a current / voltage conversion.
  • the high dose rates allow the use of small rooms, for example of the order of a few cm 3 .
  • Such a detector has many disadvantages: it requires the presence of a high bias voltage and delivers only a very weak signal (in the range of picoamps).
  • This weak signal requires the use of high performance cables (often based on mineral insulators, and mechanically very delicate to handle) and high performance preamplifiers. Its various constituents thus lead to the implementation of expensive technology.
  • a radiation detector produced in semiconductor technology also implements the ionization phenomenon. An ionization phenomenon then occurs inside the material either in a gas as in the ionization chamber.
  • Electron-hole pairs are created with an intensity proportional, among other things, to the flow of detected particles. When particles enter the material, they transfer their energy into it. The electron-hole pairs thus created are separated under the action of an electric field applied to the semiconductor material by metal electrodes. The electrons migrate towards an electrode brought to a positive potential and the holes towards an electrode brought to a negative potential. The electric closing of the circuit allows the circulation of a current.
  • the energy required to produce an electron-hole pair is a function of the forbidden band of the semiconductor, that is approximately 3.6 eV for silicon, while the ionization energy is of the order of 30 eV in a gas.
  • the number of free charges created per photon detected is greater in a semiconductor material than in a gas. The atomic number and high density of semiconductor materials thus make it possible to design semiconductor detectors whose volume is much less than the volume of gas detectors.
  • the leakage current is reduced by cooling the detector to very low temperatures, which complicates the detection system.
  • One solution to overcome these problems is to use the semiconductor junction in photocell mode.
  • photocell mode is meant the use of the junction closed on a resistance of very low value or closed on an electronic circuit capable of maintaining between the terminals of the junction a potential difference almost zero. No external bias voltage is then applied to the semiconductor junction. The voltage which appears at the terminals of the junction results from the creation of electron-hole pairs under the effect of incident photons. The effects linked to the leakage current are then extremely reduced.
  • FIG. 1 represents an equivalent diagram 5 of junction closed by a very low load resistance 4.
  • the equivalent diagram 5 of the junction in photocell mode comprises a generator 1 of photocurrent Iph, an internal resistance 2, a theoretical junction 3 traversed by a direct current If. Resistive load
  • a voltage V, proportional to the current I, is then created at the terminals of the resistive load 4.
  • the voltage V imposes on the junction 3 a direct polarization Vf, which creates the direct current If of opposite direction to the direction of the photocurrent Iph.
  • the short-circuit current measured can be equal to Iph.
  • the resistive load of very low value can be constituted by an ammeter for very low currents, which then makes it possible to measure the current Iph.
  • the resistive load can also be replaced by an electronic circuit of low input impedance, or able to maintain between its terminals an almost zero voltage.
  • FIG. 2 An assembly using the photocell mode of FIG. 2 is described in US Pat. No. 4,243,885.
  • a semiconductor diode detector made of CdTe material is used as a detector for low radiation dose rates.
  • the resistive load consists of an amplifier circuit with very low input impedance. The measurements carried out do not exceed a few tens of mGy / h.
  • the temperature of use of the detector is of the order of magnitude of the usual ambient temperature (20 ° C).
  • a characterization of the temperature detector is described for a temperature variation between -20 ° C and + 60 ° C.
  • a dependence of the current response of the detector as a function of the temperature is evaluated at less than 0.25% per degree Celsius.
  • the device according to the invention must be able to operate at any temperature between +10 and + 80 ° C.
  • the output signal due to the junction alone varies by a very high factor (typically equal to 21%).
  • a very high factor typically equal to 21%).
  • the detected signal varies almost linearly depending on the temperature.
  • the variation of the signal as a function of the temperature evolves in a non-linear fashion as a function of the dose rate.
  • Temperature compensation for signal drift is therefore difficult to implement. Such compensation involves calibration and calibration of the detector. The compensation operation is then a complex and expensive operation.
  • the invention does not have these drawbacks.
  • the invention relates to a radiation detector comprising at least one semiconductor junction capable of generating electron-hole pairs under the action of the radiation detected and connected in photocell mode.
  • the detector further includes means for placing and maintaining the semiconductor junction at a substantially constant temperature.
  • the invention also relates to a method for increasing the detection sensitivity of at least one semiconductor junction generating electron-hole pairs under the action of radiation.
  • the method includes a step of heating the junction.
  • the substantially constant temperature at which the junction is maintained is greater than or equal to the ambient temperature of the medium surrounding the junction in its working position.
  • the component's working position may be in a rack or in an electronic box where the ambient temperature is higher than that of the room where the rack or the box is placed.
  • the constant temperature higher than the ambient temperature of the junction is the highest temperature that this junction is capable of withstanding without detrimental degradation to the intended application.
  • the diodes then have, on the one hand, their anodes connected to each other and, on the other hand, their cathodes connected together.
  • the total current measured is then the sum of the current detected by each junction.
  • the means which place and maintain the junction (s) at a constant temperature higher than the ambient temperature are used to stabilize the signal against variations in Room temperature.
  • These means include means for heating the junction (s), means for measuring the temperature of the junction (s) and, optionally, means for thermal insulation with respect to 1 environment.
  • they include deportable regulating means which make it possible to trigger the heating means when the temperature of the junction (s) falls below the constant temperature provided for operation.
  • FIG. 1 represents a detector in photocell mode according to the known art
  • FIG. 2 represents a particular case of detector in photocell mode as represented in FIG. 1,
  • FIG. 3 represents an electrical diagram of a radiation detector according to the preferred embodiment of the invention
  • - Figure 4 shows a section in top view of an exemplary embodiment of a radiation detector according to the preferred embodiment of the invention
  • - Figure 5 shows a section in transverse view of the exemplary embodiment of detector Figure 4.
  • FIG. 3 represents an electrical diagram of a radiation detector according to the preferred embodiment of the invention.
  • the radiation detector comprises a semiconductor part 6 and electronic heating regulation means 7.
  • the semiconductor part 6 comprises n semiconductor junctions in parallel Dl, D2, D3, ..., Dn.
  • the semiconductor junctions are, preferably, PN junctions. They are closed by an electronic circuit which maintains a quasi-zero voltage at its terminals, which are the inputs of an operational amplifier.
  • This circuit given by way of nonlimiting example, has a very high input impedance under static conditions. Its operation in dynamic mode, however, ensures a virtually zero potential difference across its terminals, thus enabling it to fulfill the same role as a resistance of very low value.
  • This amplifier has a feedback resistance R, preferably of high value, to obtain a large gain.
  • Two heating resistors in series 8 and 9 are placed near the junctions Dl, ..., Dn. Heating is obtained by circulating a current le in the resistors 8 and 9.
  • a thermistor 10, placed near the junctions Dl, ..., Dn ensures the measurement of the temperature of the junctions.
  • the thermistor 10 provides a measurement of the temperature of the junctions, in order to control the operation of the regulation means.
  • the electronic heating regulation means 7 comprise means for cutting off the supply to the resistors 8 and 9 when the temperature TB measured by the thermistor 10 is greater than a set temperature TA.
  • the setpoint temperature TA is greater than or equal to the ambient temperature of the medium surrounding the junction semiconductor.
  • the semiconductor part 6 can be maintained at a temperature of 80 ° Celsius for an ambient temperature of 70 ° Celsius.
  • the electronic regulation means operate in all or nothing mode.
  • any other type of regulation can be implemented without departing from the scope of the invention. It can be, for example, a regulation of the Proportional / Integral / Derivative type commonly denoted PID.
  • the regulation circuit in all-or-nothing mode comprises a comparator 11, a first input of which receives a signal S (TA) representing the setpoint temperature TA and a second input of which receives a signal S ( TB) representing the temperature TB measured by the thermistor 10.
  • the output of the comparator 11 controls a transistor 12 to deliver the current Ic which flows through the resistors 8 and 9.
  • the transistor 12 is, for example, a bipolar transistor whose collector is connected to a first terminal of the assembly constituted by the resistors 8 and 9 in series and whose emitter is connected to the ground of the regulating device 7.
  • the second terminal of the assembly consisting of resistors 8 and 9 in series is connected to a supply voltage V.
  • the two heating resistors 8 and 9 are traversed by the current when the temperature TB is lower than the set temperature YOUR.
  • the supply of resistors 8 and 9 is off when the temperature measured by the thermistor is higher than the set temperature.
  • the elements 11 and 12 which constitute the electronic control means 7 consist of transistors in bipolar technology or in JFET technology. It is then possible, for example, to provide temperature regulation with an accuracy of + 0.5% for a cumulative dose greater than 100 kGy. Thanks to the almost zero bias voltage at the terminals of the junctions Dl, Dl, ..., Dn, the leakage current remains negligible compared to the photocurrent Iph which traverses the junctions.
  • FIG. 4 represents a section, according to a top view, of an exemplary embodiment of a radiation detector according to the preferred embodiment of the invention.
  • the section according to FIG. 4 is a section along the axis IV-IV of FIG. 5.
  • Each PN junction is a rectifier diode comprising an anode and a cathode.
  • the anodes of the diodes Dl, ..., D12 are all connected to the same electrical terminal 13 and the cathodes of the diodes Dl, ..., D12 are all connected to the same electrical terminal 14.
  • the diodes D1, ..., D12 are located in the same plane, on the surface of a first resistor, for example the resistor 8 in FIG. 4.
  • the diodes Dl, .. •, D12 are arranged on either side of a conductive line electrically connected to the electrical terminal 13 and electrically isolated from the resistor 8.
  • the first six diodes Dl, ..., D6 are they find on a first side of the conductive line and six other diodes on a second side of the conductive line.
  • Electrical connections 15 and 16 are connected to the resistor 8 and constitute a common electrical terminal for the resistor 8.
  • the thermistor 10 is located near the diodes Dl, ..., D12 to give the temperature information S (TB) previously mentioned.
  • the resistor 8 is placed on a thermally insulating material 17, for example an insulator of the polyurethane foam type.
  • FIG. 5 represents a cross-sectional view of the exemplary embodiment of the radiation detector of FIG. 4.
  • the diodes are conditioned in a thermally conductive paste 18 in order to ensure uniformity of the temperature of the detector.
  • the thermistor 10 is embedded in the thermally conductive paste 18.
  • a first electrical connection, for example the connection 16, constitutes a terminal of the resistor 8.
  • a second electrical connection 19 constitutes a terminal of the resistor 9.
  • the electrical connections 16 and 19 are interconnected to ensure the series connection of resistors 8 and 9. According to the embodiment of Figure 5, the electrical connection between the connections 16 and 19 is established inside the insulating material 17.
  • the invention also relates to the case where the electrical connection is established outside the insulating material .
  • the insulating material 17 advantageously contributes to reducing the power required for heating the detector and , particularly in cases where the ambient temperature is relatively low, for example of the order of 10 ° Celsius or less than 10 ° Celsius.
  • the thermal insulation provided by the material 17 also makes it possible to minimize the overheating of the electronic control means 7 located near the semiconductor part 6.

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Abstract

L'invention concerne un détecteur de rayonnement comprenant au moins une jonction semi-conductrice apte à générer des paires électron-trou sous l'action du rayonnement détecté et connectée en mode photopile. Le détecteur comprend des moyens (8, 9, 10, 11, 12) pour placer et maintenir la jonction à une température (TA) sensiblement constante. L'invention s'applique plus particulièrement dans le domaine de la mesure de débits de rayonnement gamma ou X pouvant atteindre des valeurs élevées.

Description

DETECTEUR DE RAYONNEMENT A JONCTION SEMI-CONDUCTRICE POUR LA MESURE DE FORTS DEBITS DE DOSE DE RAYONNEMENT X ou γ
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne un détecteur de rayonnement à jonction semi-conductrice pour la mesure de forts débits de dose de rayonnement X ou γ. Plus particulièrement, l'invention concerne un détecteur de rayonnement à jonction semi-conductrice apte à mesurer des flux de rayonnement élevés (par exemple 50 kGy) et à fonctionner à des doses cumulées très importantes . L'invention trouve une application avantageuse dans les cellules chaudes de l'industrie nucléaire.
Dans le domaine de la mesure de débits de dose de rayonnement gamma à flux élevé, les technologies employées doivent être suffisamment robustes pour assurer un fonctionnement optimal le plus longtemps possible. Les doses élevées appliquées aux matériaux détecteurs exposés sont souvent rapidement atteintes et les performances des détecteurs s'en trouvent dégradées . Un détecteur connu est la chambre d'ionisation.
Une chambre d'ionisation nécessite la présence d'une tension de plusieurs centaines de volts afin de créer le champ électrique requis pour collecter les particules (électrons et trous) issus du phénomène d'ionisation créé par le flux de photons. Le courant ainsi créé est mesuré par un étage préamplificateur réalisant une conversion courant/tension. Les débits de dose élevés autorisent l'utilisation de chambres de petites dimensions, par exemple de l'ordre de quelques cm3. Pour couvrir une gamme de mesures de débits allant de 10 Gy/h à 10 kGy/h, il est par exemple nécessaire d'utiliser une première chambre d'un volume de détection de 0,125 cm3 pour couvrir une gamme allant de lOGy/h à lkGy/h et une seconde chambre de 1 cm3 pour couvrir une gamme de quelques 100 Gy/h à 5 kGy/h ou plus.
Un tel détecteur présente de nombreux inconvénients : il requiert la présence d'une tension de polarisation élevée et ne délivre qu'un signal très faible (dans la gamme des picoampères) . Cette faiblesse du signal impose l'utilisation de câbles à hautes performances (souvent à base d'isolants minéraux, et mécaniquement très délicats à manipuler) et de préamplificateurs à haute performances. Ses différents constituants conduisent ainsi à mettre en oeuvre une technologie onéreuse.
Une autre technologie, la technologie des semiconducteurs, est également employée pour réaliser des détecteurs de rayonnement. La technologie des semiconducteurs possède de nombreux avantages : une absence de haute tension, un volume très faible, un signal plus important (dans la gamme des nanoampères) et les conséquences qui en découlent pour le câble et le préamplificateur. Cela conduit ainsi à réaliser une très grande diversité de dispositifs à un faible coût. Un détecteur de rayonnement réalisé en technologie semi-conducteur met également en oeuvre le phénomène d'ionisation. Un phénomène d'ionisation se produit alors à 1 ' intérieur du matériau ec non plus dans un gaz comme pour la chambre d'ionisation.
Il y a création de paires électron-trou avec une intensité proportionnelle, entre autres, au flux des particules détectées . Quand les particules pénètrent le matériau, elles transfèrent leur énergie dans celui-ci. Les paires électron-trou ainsi créées sont séparées sous l'action d'un champ électrique appliqué au matériau semi-conducteur par des électrodes métalliques. Les électrons migrent vers une électrode portée à un potentiel positif et les trous vers une électrode portée à un potentiel négatif. La fermeture électrique du circuit permet la circulation d'un courant.
L'énergie nécessaire pour produire une paire électron-trou est fonction de la bande interdite du semi-conducteur, soit environ 3,6 eV pour le silicium, alors que l'énergie d'ionisation est de l'ordre de 30 eV dans un gaz. Le nombre de charges libres créées par photon détecté est plus important dans un matériau semi-conducteur que dans un gaz. Le numéro atomique et la densité élevée des matériaux semi-conducteurs permettent ainsi de concevoir des détecteurs à semi- conducteur dont le volume est très inférieur au volume des détecteurs à gaz .
Considérons le cas d'un détecteur de rayonnement à semi-conducteur constitué d'une jonction semi-conductrice. Si on applique une tension de polarisation inverse suffisamment élevée, on crée un champ électrique qui est à 1 ' origine de la séparation des charges. La tension de polarisation est également à l'origine d'un courant de fuite qui croît avec la température et avec le vieillissement du matériau semiconducteur sous 1 ' effet de la dose cumulée de rayonnement. Dans le cas où de fortes doses sont à considérer (par exemple au-delà de 100 kGy) le courant de fuite peut devenir rapidement supérieur au signal utile. Toutefois, bien avant l'obtention d'une telle dégradation des performances, le rapport signal sur bruit est altéré de façon très pénalisante. On peut donc considérer que la réduction du courant de fuite, ou la limitation de ses effets, constitue un enjeu essentiel pour toute électronique fonctionnant sous radiation. Le courant de fuite augmente lorsque la température du détecteur s'élève. Selon l'art connu, le courant de fuite est diminué en refroidissant le détecteur à des températures très basses, ce qui complexifie le système de détection. Une solution pour supprimer ces problèmes consiste à utiliser la jonction semi-conductrice en mode photopile. Par mode photopile, on entend l'utilisation de la jonction refermée sur une résistance de très faible valeur ou refermée sur un circuit électronique apte à maintenir entre les bornes de la jonction une différence de potentiel quasi-nulle. Aucune tension de polarisation extérieure n'est alors appliquée à la jonction semi-conductrice. La tension qui apparaît aux bornes de la jonction résulte de la création des paires électron-trou sous l'effet des photons incidents. Les effets liés au courant de fuite sont alors extrêmement réduits.
Le cas le plus général d'un détecteur en mode photopile est schématisé en figure 1. La figure 1 représente un schéma équivalent 5 de jonction refermé par une résistance de charge très faible 4.
Le schéma équivalent 5 de la jonction en mode photopile comprend un générateur 1 de photocourant Iph, une résistance interne 2, une jonction théorique 3 parcourue par un courant direct If. La charge résistive
4 recueille un courant I tel que :
I=Iph-If .
Une tension V, proportionnelle au courant I, est alors créée aux bornes de la charge résistive 4. La tension V impose à la jonction 3 une polarisation directe Vf, ce qui crée le courant direct If de sens opposé au sens du photocourant Iph.
Dans le cas où non seulement la charge résistive est très faible mais, en outre, la résistance interne 2 peut être négligée, le courant de court- circuit mesuré peut être égal à Iph. Ce cas particulier est représenté en figure 2, où la charge résistive de très faible valeur peut être constituée par un ampèremètre pour très faibles courants, qui permet alors de mesurer le courant Iph. La charge résistive peut également être remplacée par un circuit électronique d'impédance d'entrée faible, ou apte à maintenir entre ses bornes une tension quasi nulle.
Un montage utilisant le mode photopile de la figure 2 est décrit dans le brevet US-4 243 885. Un détecteur à diode semi-conductrice en matériau CdTe est utilisé comme détecteur de faibles débits de doses de rayonnement. Dans ce document, la charge résistive est constituée par un circuit amplificateur de très faible impédance d'entrée. Les mesures effectuées ne dépassent pas quelques dizaines de mGy/h. La température d'utilisation du détecteur est de l'ordre de grandeur de la température ambiante usuelle (20°C) . Une caractérisation du détecteur en température est décrite pour une variation de température comprise entre -20°C et +60°C. Une dépendance de la réponse en courant du détecteur en fonction de la température est évaluée à moins de 0,25% par degré Celsius.
En fait, malgré l'étendue de la plage thermique utilisée pour évaluer ce coefficient avec précision, l'utilisation effective du dispositif divulgué se fait toujours à température ambiante. Ainsi, les fluctuations thermiques influant sur le dispositif ne sont que de quelques degrés, et il est alors possible de négliger l'influence de la température sur le signal du détecteur.
Un article intitulé "A Simplified Instrument for Solid-State High-Gamma Dosi etry" de R. Tanaka et S. Tajima (International Journal of Applied Radiation and Isotopes, 1976, vol. 27, pp. 73-77) divulgue des résultats de caractérisation de cellules solaires sous rayonnement gamma. Ce document présente une jonction PN non polarisée utilisée comme détecteur de rayonnement gamma à haut débit. L'influence de la température sur la réponse du détecteur est étudiée. La dépendance de la réponse en courant du détecteur en fonction de la température est évaluée à 0,3% par degré Celsius.
Comme dans le cas précédent, une large plage de variations thermiques est utilisée pour caractériser le détecteur. Mais l'utilisation pratique se fait à la température ambiante, qui ne varie guère que de quelques degrés .
A l'opposé, le dispositif selon l'invention doit pouvoir fonctionner à n'importe quelle température comprise entre +10 et +80°C. Or, lorsque la température parcourt toute cette plage, le signal de sortie dû à la jonction seule varie d'un facteur très élevé (typiquement égal à 21%). Une telle variation est trop importante pour être acceptable. Le signal détecté varie quasi-linéairement en fonction de la température. Par ailleurs, la variation du signal en fonction de la température évolue de manière non linéaire en fonction du débit de dose. Une compensation en température de la dérive du signal est alors difficile à mettre en oeuvre. Une telle compensation implique un étalonnage et une calibration du détecteur. L'opération de compensation est alors une opération complexe et onéreuse.
L'invention ne présente pas ces inconvénients.
Exposé de 1 ' invention
En effet, l'invention concerne un détecteur de rayonnement comprenant au moins une jonction semi- conductrice apte à générer des paires électron-trou sous l'action du rayonnement détecté et connectée en mode photopile. Le détecteur comprend en outre des moyens pour placer et maintenir la jonction semi- conductrice à une température sensiblement constante.
Par connexion en mode photopile, il faut entendre non seulement le cas où la jonction est refermée sur une résistance ohmique de très faible valeur mais aussi le cas où la jonction est refermée sur un circuit électronique apte à maintenir entre ses bornes une différence de potentiel quasi-nulle.
L ' invention concerne également un procédé pour augmenter la sensibilité de détection d'au moins une jonction semi-conductrice générant des paires électron- trou sous l'action d'un rayonnement. Le procédé comprend une étape de chauffage de la jonction.
Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, la température sensiblement constante à laquelle est maintenue la jonction est supérieure ou égale à la température ambiante du milieu environnant la jonction dans sa position de travail. Il se peut que la position de travail du composant soit dans un rack ou dans un boîtier électronique où règne une température ambiante supérieure à celle du local où est placé le rack ou le boîtier.
Préférentiellement , la température constante plus élevée que la température ambiante de la jonction est la température la plus élevée que cette jonction est susceptible de supporter sans dégradation préjudiciable à l'application envisagée.
Selon un perfectionnement avantageux de l'invention, plusieurs jonctions semi-conductrices peuvent être mises en parallèle. Les diodes ont alors, d'une part, leurs anodes reliées entre elles et, d'autre part, leurs cathodes reliées entre elles. Le courant total mesuré est alors la somme du courant détecté par chaque jonction.
Il a été constaté que le fait de placer la ou les jonctions à une température plus élevée que la température ambiante augmente la sensibilité du détecteur.
Outre le fait d'augmenter la sensibilité du détecteur, les moyens qui placent et qui maintiennent la (les) jonction (s) à une température constante plus élevée que la température ambiante sont utilisés pour stabiliser le signal vis-à-vis des variations de la température ambiante. Ces moyens permettent avantageusement, à sensibilité équivalente, de minimiser le volume de détection par rapport au volume de détection d'un détecteur de l'art antérieur.
Ces moyens comportent des moyens de chauffage de la (des) jonction (s) , des moyens de mesure de la température de la (des) jonction (s) et, éventuellement, des moyens d'isolation thermique vis-à-vis de 1 ' environnement .
En outre, ils comportent des moyens de régulation pouvant être déportés qui permettent de déclencher les moyens de chauffage lorsque la température de la (des) jonction (s) tombe en-dessous de la température constante prévue pour le fonctionnement.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de 1 ' invention fait en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 représente un détecteur en mode photopile selon l'art connu, - la figure 2 représente un cas particulier de détecteur en mode photopile tel que représenté en figure 1,
- la figure 3 représente un schéma électrique de détecteur de rayonnement selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention,
- la figure 4 représente une coupe en vue de dessus d'un exemple de réalisation de détecteur de rayonnement selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, - la figure 5 représente une coupe en vue transversale de l'exemple de réalisation de détecteur de rayonnement de la figure 4.
Description détaillée de modes de mise en oeuyre de 1 ' invention
Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment, il est donc inutile d'y revenir.
La figure 3 représente un schéma électrique de détecteur de rayonnement selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention.
Le détecteur de rayonnement comprend une partie semi-conductrice 6 et des moyens électroniques de régulation de chauffage 7.
La partie semi-conductrice 6 comprend n jonctions semi-conductrices en parallèle Dl, D2 , D3 , ..., Dn . Les jonctions semi-conductrices sont, préférentiellement , des jonctions PN. Elles sont refermée par un circuit électronique qui maintient une tension quasi-nulle à ses bornes, lesquelles sont les entrées d'un amplificateur opérationnel. Ce circuit, donné à titre d'exemple non limitatif, possède en régime statique une impédance d'entrée très élevée. Son fonctionnement en régime dynamique assure cependant une différence de potentiel quasi-nulle à ses bornes, lui permettant ainsi de remplir le même rôle qu'une résistance de très faible valeur. Cet amplificateur possède une résistance de contre-réaction R, préférentiellement de valeur élevée, pour obtenir un grand gain. La sortie de l'amplificateur délivre le signal de sortie du détecteur Vout soit, V0Ut=R.Iph.
Deux résistances de chauffage en série 8 et 9 sont placées à proximité des jonctions Dl , ..., Dn. Le chauffage est obtenu en faisant circuler un courant le dans les résistances 8 et 9. Une thermistance 10, placée à proximité des jonctions Dl , ..., Dn assure la mesure de la température des jonctions. La thermistance 10 fournit une mesure de la température des jonctions, afin de commander le fonctionnement des moyens de régulation. Les moyens électroniques de régulation de chauffage 7 comprennent des moyens pour couper l'alimentation des résistances 8 et 9 lorsque la température TB mesurée par la thermistance 10 est supérieure à une température de consigne TA. La température de consigne TA est supérieure ou égale à la température ambiante du milieu environnant la jonction semi-conductrice. A titre d'exemple non limitatif, la partie semi-conductrice 6 peut être maintenue à une température de 80° Celsius pour une température ambiante de 70° Celsius. Selon le mode de réalisation illustré par la figure 3 , les moyens électroniques de régulation fonctionnent en mode tout ou rien. Toutefois, tout autre type de régulation peut être mis en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention. Il peut s'agir, par exemple, d'une régulation de type Proportionnel/Intégral/Dérivé communément notée PID.
Selon l'exemple illustré par la figure 3, le circuit de régulation en mode tout ou rien comprend un comparateur 11 dont une première entrée reçoit un signal S (TA) représentant la température de consigne TA et dont une seconde entrée reçoit un signal S(TB) représentant la température TB mesurée par la thermistance 10. La sortie du comparateur 11 commande un transistor 12 pour délivrer le courant le qui parcourt les résistances 8 et 9.
Le transistor 12 est, par exemple, un transistor bipolaire dont le collecteur est relié à une première borne de l'ensemble constitué par les résistances 8 et 9 en série et dont l'émetteur est relié à la masse du dispositif de régulation 7. La deuxième borne de l'ensemble constitué par les résistances 8 et 9 en série est reliée à une tension d'alimentation V. Les deux résistances de chauffage 8 et 9 sont parcourues par le courant le lorsque la température TB est inférieure à la température de consigne TA. L'alimentation des résistances 8 et 9 est coupée lorsque la température mesurée par la thermistance est supérieure à la température de consigne .
Les éléments 11 et 12 qui constituent les moyens électroniques de commande 7 sont constitués de transistors en technologie bipolaire ou en technologie JFET. Il est alors possible, par exemple, d'assurer une régulation de température avec une précision de + 0,5% pour une dose cumulée supérieure à 100 kGy. Grâce à la tension de polarisation quasi-nulle aux bornes des jonctions Dl , Dl, ..., Dn, le courant de fuite reste négligeable devant le photocourant Iph qui parcourt les jonctions.
La figure 4 représente une coupe, selon une vue de dessus, d'un exemple de réalisation de détecteur de rayonnement selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. La coupe selon la figure 4 est une coupe suivant l'axe IV-IV de la figure 5.
Sur la figure 4, seule est représentée la partie semi-conductrice 6 du détecteur selon l'invention. A titre d'exemple non limitatif, le détecteur de rayonnement comprend 12 diodes (n=12).
Chaque jonction PN est une diode de redressement comprenant une anode et une cathode. Les anodes des diodes Dl, ..., D12 sont toutes reliées à une même borne électrique 13 et les cathodes des diodes Dl , ..., D12 sont toutes reliées à une même borne électrique 14.
Les diodes Dl, ..., D12 sont situées dans un même plan, en surface d'une première résistance, par exemple la résistance 8 sur la figure 4. Les diodes Dl, .. • , D12 sont agencées de part et d'autre d'une ligne conductrice électriquement reliée à la borne électrique 13 et électriquement isolée de la résistance 8. Ainsi, six premières diodes Dl , ..., D6 se trouvent-elles d'un premier côté de la ligne conductrice et six autres diodes d'un deuxième côté de la ligne conductrice.
Des connexions électriques 15 et 16 sont reliées à la résistance 8 et constituent une borne électrique commune pour la résistance 8. La thermistance 10 est située à proximité des diodes Dl, ..., D12 pour donner l'information de température S(TB) mentionnée précédemment. La résistance 8 est posée sur un matériau thermiquement isolant 17, par exemple un isolant de type mousse polyuréthanne.
La figure 5 représente une vue en coupe transversale de l'exemple de réalisation de détecteur de rayonnement de la figure 4.
Les diodes Di (i=l, 2, ..., 12) sont prises en sandwich entre les deux résistances planes 8 et 9. Les diodes sont conditionnées dans une pâte thermoconductrice 18 afin d'assurer une homogénéité de la température du détecteur. La thermistance 10 est noyée dans la pâte thermoconductrice 18. Une première connexion électrique, par exemple la connexion 16, constitue une borne de la résistance 8. Une deuxième connexion électrique 19 constitue une borne de la résistance 9. Les connexions électriques 16 et 19 sont reliées entre elles afin d'assurer la mise en série des résistances 8 et 9. Selon le mode de réalisation de la figure 5, la liaison électrique entre les connexions 16 et 19 est établie à l'intérieur du matériau isolant 17. L'invention concerne également le cas où la liaison électrique est établie à l'extérieur du matériau isolant .
Les diodes Di (i=l, 2, ..., 12), les résistances 8 et 9 et la thermistance 10 sont conditionnées dans le matériau isolant 17. Le matériau isolant 17 contribue avantageusement à diminuer la puissance nécessaire au chauffage du détecteur et, particulièrement, dans les cas où la température ambiante est relativement faible, par exemple de l'ordre de 10° Celsius ou inférieure à 10° Celsius. L'isolation thermique que procure le matériau 17 permet également de minimiser 1 ' échauffe ent des moyens électroniques de régulation 7 situés à proximité de la partie semi-conductrice 6.

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur de rayonnement X ou γ comprenant au moins une jonction semi-conductrice (Dl, D2 , ..., Dn) apte à générer des paires électron-trou sous 1 ' action du rayonnement détecté et connectée en mode photopile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour placer et maintenir la jonction semi-conductrice à une température sensiblement constante (TA) .
2. Détecteur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température sensiblement constante (TA) à laquelle est placée et maintenue la jonction est supérieure à une température ambiante .
3. Détecteur de rayonnement selon la revendication 1 ou 2 , caractérisé en ce que les moyens pour placer et maintenir la jonction semi-conductrice (Dl, D2 , ..., Dn) à une température sensiblement constante (TA) comprennent des moyens de mesure (10) de la température de la jonction (Dl, D2 , ..., Dn) , des moyens de chauffage (8, 9) de la jonction et des moyens de régulation (7) de la température de la jonction pour déclencher ou arrêter les moyens de chauffage (8, 9) en fonction de la température mesurée.
4. Détecteur de rayonnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent au moins une résistance (8, 9).
5. Détecteur de rayonnement selon la revendication 3 ou 4 , caractérisé en ce que les moyens de mesure (10) de la température de la jonction comprennent une thermistance (10).
6. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de régulation (7) fonctionnent en tout ou rien.
7. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de régulation (7) fonctionnent en mode proportionnel/intégral/dérivé .
8. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracteri.se en ce qu'il comprend au moins deux jonctions semi- conductrices en parallèle.
9. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jonction semi-conductrice est une jonction PN.
10. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la jonction, les moyens de chauffage (8, 9) et les moyens de mesure (10) de la température de la jonction sont thermiquement isolés d'une température ambiante.
11. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jonction semi-conductrice est refermée sur une résistance ohmique de très faible valeur.
12. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la jonction semi-conductrice est refermée sur un circuit électronique apte à maintenir entre ses bornes une différence de potentiel quasi-nulle.
13. Détecteur de rayonnement selon l'une quelconque des revendications 5 à 12 , caractérisé en ce qu'il comprend deux résistances planes (8, 9) montées en série, en ce que la jonction semi-conductrice est prise en sandwich entre les deux résistances planes (8, 9) et conditionnée dans une pâte thermoconductrice (18) située entre les deux résistances planes (8, 9) , la thermistance (10) étant noyée dans la pâte thermoconductrice (18).
14. Détecteur de rayonnement selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par les deux résistances planes (8, 9), la jonction, la thermistance (10) et la pâte semi- conductrice est conditionné dans un matériau isolant (17) .
15. Procédé pour augmenter la sensibilité de détection d'au moins une jonction semi-conductrice générant des paires électron-trou sous l'action d'un rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend un chauffage de la jonction.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005347487A (ja) * 2004-06-02 2005-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置
DE102005061358B4 (de) * 2005-12-21 2008-08-21 Siemens Ag In ein Halbleitermaterial integrierter Schaltkreis mit Temperaturregelung und Verfahren zur Regelung der Temperatur eines einen integrierten Schaltkreis aufweisenden Halbleitermaterials
CA2573711A1 (fr) * 2007-01-10 2008-07-10 Hydro Quebec Controle gamma de l'equivalent en eau de la neige et de l'humidite du sol
GB201114151D0 (en) 2011-08-17 2011-10-05 Johnson Matthey Plc Density and level measurement apparatus
US9030328B2 (en) * 2012-10-10 2015-05-12 Siemens Aktiengsellschaft Integrated circuit to operate in an area of ionizing radiation, and having an output for a radiation dose-dependent way damage information, and alarm indicators and corresponding method
DE102015225774B3 (de) 2015-12-17 2017-06-08 Siemens Healthcare Gmbh Zählender Röntgendetektor, medizinisches Gerät diesen aufweisend und Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials eines Röntgendetektors
KR20210032111A (ko) 2019-09-16 2021-03-24 삼성전자주식회사 반도체 메모리 장치 및 이를 구비하는 메모리 시스템

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3564245A (en) * 1968-01-24 1971-02-16 Bulova Watch Co Inc Integrated circuit multicell p-n junction radiation detectors with diodes to reduce capacitance of networks
GB1429473A (en) * 1972-04-25 1976-03-24 Nat Res Dev Sensors
US4243885A (en) * 1979-09-25 1981-01-06 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Cadmium telluride photovoltaic radiation detector
US4468562A (en) * 1982-06-17 1984-08-28 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Dosimeter for photometric applications
JP3092127B2 (ja) * 1989-09-08 2000-09-25 株式会社日立メディコ Ｘ線ｃｔ装置
JPH04110690A (ja) * 1990-08-30 1992-04-13 Jeol Ltd エネルギー分散型ｘ線検出器の温度制御装置
DE19615178C2 (de) * 1996-04-17 1998-07-02 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur Bilderzeugung bei der digitalen dentalen Radiographie
US5773829A (en) * 1996-11-05 1998-06-30 Iwanczyk; Jan S. Radiation imaging detector
JPH1123722A (ja) * 1997-07-01 1999-01-29 Shimadzu Corp 放射線検出器
JPH11231055A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Konica Corp 放射線画像読取装置
JPH11345956A (ja) * 1998-03-16 1999-12-14 Canon Inc 撮像装置
JP4131883B2 (ja) * 1998-03-23 2008-08-13 株式会社東芝 平面検出器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0171383A1 *

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