ITCA20080008A1 - Ossidi ad alto gap come dispositivi per registrazione ottica di informazioni - Google Patents
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Description
Descrizione
Il brevetto riguarda nuove applicazioni di oxiortosilicati di terre rare con formula chimica LU2SiOs(abbreviati di seguito con l'acronimo LSO), Y2SiOs (abbreviati di seguito con l'acronimo YSO) e LU2-xYxSiOs(con x compreso tra gli estremi O e 2) (abbreviati di seguito con l'acronimo LYSO) e gli stessi materiali drogati con terre rare e con loro combinazioni di formula chimica generale (Al-yBy)x(Lul-zYz)2-xSiOsdove A e B indicano ciascuno un elemento della tavola periodica a scelta tra: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er Tm e Yb,_con y che può assumere tutti i valori compresi tra Oel, con z che può assumere tutti i valori compresi tra Oe1, con x che può assumere tutti i valori compresi tra Oe 2.
Attualmente gli oxiortosilicati quali LSO, YSO e LYSO drogati con Cerio sono ampiamente utilizzati come rivelatori di energie ionizzanti, in particolare come scintillatori di raggi gamma a 511 keV. Il successo di tali materiali come scintillatori è dato dall' alto potere frenante delle matrici e dalla velocità ed efficienza della risposta dopo eccitazione ad alta energia (in cui per "risposta" si intende l'emissione luminosa caratteristica delle ricombinazioni dagli stati eccitati degli elementi droganti). Nessuna applicazione di tali materiali come memorie ottiche o dispositivo di registrazione dati è stata mai riportata né studi sono stati condotti su di essi in questo campo.
Le nuove applicazioni rivendicate in questo brevetto riguardano l'utilizzo dei materiali in oggetto come:
Nuovi materiali per memorie ottiche e registrazione dati, dove per dati si intende ogni informazione impressa da eccitazione luminosa poli e/o mono cromatica con energia compresa nell' intervallo spettrale tra 5 MeV e 3 eV. ivi compresa la registrazione di immagini.
Nuovi materiali per la rilevazione ambientale di radiazioni con energie 5 e 3
ottici, in particolare si utilizzano laser ad alta potenza nella fase di registrazione e diodi laser per la fase di lettura. L'utilizzo dei materiali in oggetto come memorie ottiche e come dispositivi di registrazione dati, permette di utilizzare sorgenti di intensità di eccitazione sensibilmente ridotte rispetto a quelle attualmente in utilizzo per Via dell' alto potere frenante della matrice, dell' alto coefficiente di assorbimento dei droganti e dal meccanismo di trasmissione dell'eccitazione assorbita dalla matrice agli ioni luminescenti. I dispositivi con eccitazione ad alte energie implicano una maggiore risoluzione spaziale rispetto alle convenzionali eccitazioni nel rosso. Il limite della risoluzione ottica è definito come il rapporto tra la lunghezza d'onda di eccitazione e due volte l'apertura numerica del microscopio\lente di focalizzazione, pertanto la diminuzione della lunghezza d'onda di incisione genera un sensibile aumento della risoluzione spaziale a parità di dispositivo di focalizzazione (utilizzo del dispositivo come lastra). L'alta risoluzione spaziale del processo di immagazzinamento delle informazioni estende le applicazione dei materiali in oggetto come elementi fondamentali per dispositivi atti alla registrazione e l'acquisizione di immagini.
La registrazione dei dati e delle immagini avviene tramite eccitazione con sorgenti poli e/o mono cromatiche nell'intervallo spettrale tra 5 MeV e 3 eV. La lettura dei dati, la visione dell'immagine o cancellazione di tutti i dati impressi avviene tramite eccitazione ottica poli e/o mono cromatica nell'intervallo spettrale tra 2.5 eV a 1.0 eV, Le informazioni resteranno registrate per tempi molto lunghi (fino a 10<10>ore) e possono essere lette più volte. Alternativamente la lettura dei dati puo avvenire mediante eccitazione termica del dispositivo e conseguente registrazione dell'emissione elettromagnetica generata dal dispositivo stesso.
Si estende l'applicazione degli oxiortosilicati in oggetto come dispositivi attivi per la rivelazione della presenza ambientale di radiazioni ionizzanti. Tali materiali sono, infatti, efficaci strumenti per valutare la dose di radiazione accumulata da persone che lavorano in ambienti esposti a radiazioni ionizzanti in una scala di tempi che puo variare dalle 24 ore ai mesi a seconda del tempo di intrappolamento medio del difetto attivo.
I dispositivi disponibili in commercio per la rilevazione ambientale di energie ionizzanti, sono basati su sistemi di lettura mediante misure di termoluminescenza. Tale metodologia però necessita di apparati specifici costosi e soprattutto di lunghi tempi per il recupero dell'informazioni. Si ricercano, quindi, per questa tipologia di dosimetri, materiali non convenzionali affinché il processo di lettura della dose accumulata avvenga mediante misure più rapide e semplici dal punto di vista strumentale.
Attualmente gli unici dispositivi per la rilevazione ambientali di energie ionizzanti a lettura ottica sono basati su cristalli di Alz03 drogati con Carbonio; tuttavia, il basso numero atomico efficace degli elementi costituenti (basso potere frenante) comporta una ridotta efficienza di tali dispositivi non agevolandone il loro utilizzo nella gran parte delle applicazioni.
Nei materiali in oggetto l'alto numero atomico efficace degli elementi costituenti ed i procedimenti di conteggio delle cariche intrappolate nei difetti della matrice cristallina in seguito all'esposizione a radiazioni ionizzanti (diseccitazione ottica con sorgenti poli e/o mono cromatiche o termica con conseguente registrazione della luce emessa dal sistema) permettono di superare i limiti degli attuali dispositivi.
Si estende, inoltre, l'applicazione dei materiali in oggetto come nuovi componenti per l' optoelettronica in grado di condurre selettivamente un segnale elettrico su piste incise mediante eccitazione ottica. Tale caratteristica permette di utilizzare in maniera dinamica e poco costosa lo stesso campione per la realizzazione di circuiti diversi. Infatti l'alta densità nella matrice cristallina dei difetti intrappolanti non consente la diffusione spaziale dei portatori di carica permettendo il trasporto di carica unicamente nelle zone del campione illuminato. Una seguente eccitazione ottica del campione permette di cancellare la pista memorizzata o modificarla dinamicamente. Nei materiali in oggetto, il meccanismo della memorizzazione delle piste conduttive<aVVIene>tramite eccitazione luminosa con sorgenti poli e/o mono cromatiche con energie comprese nell'intervallo spettrale tra 5 MeV e 3 eV, mentre per modificarle, eventualmente sino alla completa cancellazione, si possono utilizzare metodologie di eccitazione ottica nell'intervallo spettrale tra 2.5 eVa 1.5 eV oppure termiche.
Tutte le applicazioni elencate, basano il loro principio di funzionamento sul ruolo che le imperfezioni reticolari della matrice ospite giocano come trappole per i portatori di carica.
In particolare funzionerà da "scrittore" qualsiasi raggio incidente con fotoni di energia superiore all'energia fra banda di valenza e banda di conduzione dei materiali in oggetto (circa 6.2 eV a temperatura ambiente). Inoltre, considerando che i livelli energetici caratteristici delle terre rare droganti o codroganti, si trovano all'interno della banda proibita della matrice, il limite inferiore dell'energie in grado di generare informazione, viene determinato dalla differenza in energia tra il livello fondamentale e quelli delle terre rare droganti o codroganti (circa qualche eV). I portatori di carica intrappolati in difetti profondi (informazione incisa) saranno riportati in banda di conduzione fornendo al sistema energia pari alla profondità del difetto intrappolante, all'interno della banda proibita rispetto la banda di conduzione della matrice. I portatori si ricombineranno nei centri luminescenti (ioni droganti o codroganti) con conseguente emissione di luce (processo di lettura dei dati registrati).
La profondità ottica dei difetti intrappolanti coinciderà, quindi, con l'energia necessaria per liberare i portatori di carica intrappolati. Un fascio di luce di tale energia focalizzato sul dispositivo sarà in grado di verificare se era stato eccitato con energie abili a "scrivere" sul dispositivo e quindi di "leggere" l'informazione precedentemente immagazzinata nel dispositivo.
I processi di "lettura" e di "cancellazione" del dato precedentemente immagazzinato, sfruttano lo stesso principio di svuotamento delle trappole dei portatori di carica e la successiva ricombinazione nei centri luminescenti. La differenza tra i due processi è data dal tempo e dalla intensità del fascio di lettura, infatti il processo di cancellazione necessita che le trappole siano del tutto svuotate. Questo processo è ottenibile anche mediante processo termico e successivo raffreddamento fino a temperatura ambiente.
Claims (3)
- Rivendicazioni 1) Sistema di registrazione dati e memorie ottiche caratterizzato dal fatto di essere costituito da oxiortosilicati di Lutezio e Ittrio con formula chimica LU2-xYxSiO5, con x compreso tra Oe 2 (estremi inclusi).
- 2) Sistema di registrazione dati e memorie ottiche caratterizzato dal fatto di essere costituito da oxiortosilicati di Lutezio e Ittrio con formula chimica LU2-YxxSiO5, con x compreso tra O e 2 (estremi inclusi) drogati con una concentrazione di Cerio in percentuale in peso compreso tra 0.00001 e 5 %.
- 3) Sistema di registrazione dati e memorie ottiche caratterizzato dal fatto di essere costituito da oxiortosilicati di Lutezio e Ittrio con formula chimica LU2-xYxSiO5, con x compreso tra O e 2 (estremi inclusi) drogati con una concentrazione di Cerio e Terbio in percentuale in peso di ciascun elemento compreso tra 0.00001 e 5 %. 4)Sistema di registrazione dati e memorie ottiche caratterizzato dal fatto di essere costituito da materiali con formula chimica (AI-yBy)x(Lul-zYzh-xSiOs dove A e B indicano ciascuno un elemento della tavola periodica a scelta tra: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Od, Tb, Dy, Ho, Er Tm e Yb, con y compreso tra Oe1 (estremi inclusi) indipendentemente dai valori assunti dalle variabili z e x , con z compreso tra O e 1 (estremi inclusi) indipendentemente dai valori assunti dalle variabili y e x, con x compreso tra O e 2 (estremi inclusi) indipendentemente dai valori assunti dalle variabili y e z,. 5) I sistemi dei punti 1), 2) 3) e 4) sono caratterizzati dal fatto che la registrazione dei dati avviene tramite eccitazione con sorgenti poli- o mono6) I sistemi dei punti 1),2) 3) e 4) sono caratterizzati dal fatto che la lettura dei dati precedentemente impressi sul dispositivo avviene tramite eccitazione con sorgenti poli- o mono-cromatiche con energie comprese nell'intervallo spettrale tra 2.5 eVa 1.5 eVo 7) I sistemi dei punti 1),2) 3) e 4) sono caratterizzati dal fatto che la lettura dei dati precedentemente impressi sul dispositivo avviene tramite riscaldamento del dispositivo stesso nell'intervallo di temperatura tra Occ e 500 cC. 8) Sistema costituito dai punti 1), 2) 3) e 4) caratterizzato dal fatto da poter essere utilizzato come materiale per registrare dati mediante radiazioni con energie comprese tra 5 MeV e 4 eV. 9) Sistema costituito dai punti 1), 2) 3) e 4) caratterizzato dal fatto da poter essere utilizzato come materiale per la rivelazioni ambientali di radiazioni con energie comprese tra 5 MV e 4 eV 10) Sistema costituito dai punti 1),2) 3) 4), 8) e 9) e caratterizzato dal fatto che la lettura per rivelare la quantità di radiazioni accumulate dal dispositivo avviene per via ottica con eccitazioni con sorgenti poli- o mono-cromatiche con energie comprese nell'intervallo spettrale tra 2.5 eV a 1.5 eVo 11) Sistema costituito dai punti 1),2) 3) 4) , 8) e 9) e caratterizzato dal fatto che la lettura per rivelare la quantità di radiazioni accumulate dal sistema avviene tramite riscaldamento del dispositivo stesso fino a 500 cC. 12) Sistema costituito dai punti 1), 2) 3) e 4) caratterizzato dal fatto da poter essere utilizzato come dispositivo per la registrazione e l'acquisizione di immagini. 13) Sistema costituito dai punti 1), 2) 3) e 4) caratterizzato dal fatto da poter essere utilizzato come lastra fotografica. 14) Sistema costituito dai punti 1),2) 3) 4), 12) e 13) caratterizzato dal fatto che la registrazione avviene eccitando il sistema nell'intervallo tra 5 MeV e 3 eV 15) Sistema costituito dai punti 1),2) 3) 4), 12) e 13) caratterizzato dal fatto che il processo di visione dell' immagine o cancellazione della stessa avviene con eccitazione ottica con energia compresa tra 2.5 eVe 1.5 eVo 16) Sistema costituito dai punti 1),2) 3) 4), 12) e 13) caratterizzato dal fatto che il processo di visione dell'immagine o cancellazione della stessa avviene tramite riscaldamento del sistema stesso fino a 500°C. 17) Sistema di composizione strutturale come nei punti 1), 2) 3) e 4) caratterizzato dal fatto di poter essere utilizzato nell' optoelettronica come dispositivo in grado di condurre selettivamente un segnale elettrico su piste memorizzate tramite eccitazione luminosa con sorgenti poli- e monocromatiche con energie comprese nell'intervallo spettrale tra 5 MeV e 3 eVo 18) Sistema di composizione strutturale come nei punti 1), 2) 3), 4) e 17) caratterizzato dal fatto che le piste conduttive memorizzate possono essere modificate o cancellate mediante eccitazione ottica con energia compresa tra 2.5 eV e 1.5 eVo
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