【発明の詳細な説明】
放射線センサ
本発明は、放射線センサに関するものであり、特に高エネルギー電離放射線を
検出するセンサに関するが、該センサに限定されるわけではない。
半導体放射線検出器は公知であり、半導体放射線検出器では半導体素子の空乏
領域で電子空孔対の放射線による励振から電流が生じる。しかし、そういった検
出器から得られる応答は、累積応答（特定の期間にわたる総放射量を表している
）ではなく、過渡応答（すなわち瞬間放射線照射率を表している）であり、累積
示度が得られるようにするためには、さらに別の電子機器が必要である。
特定の期間にわたる累積放射の検出装置としては、一般に写真フィルムが使わ
れている。しかし、フィルムを現像してからでなければ示度が得られないため、
一度に１本しかフィルムを使うことができず、示度を得るまでに時間がかかる。
また、フィルムを処理するバッチごとのバラツキも示度に影響する。
また、熱ルミネセンス素材を使って放射線を検出する方法も公知である。その
方法では、放射線によって該素材中に生成された電子と電子空孔を閉じ込める。
その後で該素材を加熱すると、閉じ込められた電荷が放出され、次いでそれらの
電荷が放射性再結合を行って光を発生し、その光が検出される。そういった装置
は繰り返し使用可能であるが、示度を読み取る過程で該素材中にある放射線量に
関する情報が削除されるため、結果的にこうした情報は一度だけしか該装置から
読み出すことができない。さらに、蓄積された示度が室温で崩壊しないような素
材から出るルミネッセンス信号は弱いため、高価な計測装置が必要である。
欧州特許出願番号0261286は、複合ポリマーフィルムと感放射線素材とを併せ
て使用し、放射線照射に付随する光の吸収率や伝導度の変化を測定する放射線検
出に関するものである。しかし、こうした技法は感度が低いため、大多数の用途
に適さない。
本発明の好ましい実施例は、上記のような先行技術が持つ欠点を克服しようと
するものである。
本発明の構成によれば、所定の期間にわたってある物体を照射する電離放射線
の総量を決定する方法が提供される。該方法は、前記期間中に該物体の付近の少
なくとも一つの位置に、それぞれ少なくとも一つの有機半導体素材を含む活性層
を有する電界効果トランジスタを設ける段階であって、その単数または複数の電
界効果トランジスタの電気的特性が該有機半導体素材を照射する電離放射線の総
量に依存していることを特徴とする段階と、その単数または複数の電界効果トラ
ンジスタの所定の電気的特性を測定する段階と、前記の電気的特性の測定値から
該期間中に前記のそれぞれの位置で該物体を照射する電離放射線の総量を決定す
る段階とから構成される。
活性層を有する電界効果トランジスタを設けることによって、感度を大幅に高
めることができる。
好ましい実施例では、前記の測定段階は、前記の単数または複数の電界効果ト
ランジスタを該物体の付近から取り除いた後で行われる。
浩性層は、なるべくなら前記の単数または複数の電界効果トランジスタのソー
ス部とドレイン部との間に配置するのが望ましい。
測定段階は、ゲート電圧を所定レベルに維持しておいて、その間に前記の単数
または複数の電界効果トランジスタのソース−ドレイン電流を測定する措置から
構成されていてもかまわない。
この方法には、最大限の感度を与えるように選定されたバイアス電圧をトラン
ジスタのゲートに印加することができるようになるという長所がある。
好ましい実施例では、前記の測定段階は、前記の単数または複数の電界効果ト
ランジスタのゲートに所定の周波数を有するＡＣ信号を印加する措置と、前記所
定の周波数における前記トランジスタのソース−ドレイン電流の成分の振幅を測
定する措置とから構成されている。
前記の単数または複数の電界効果トランジスタのソース−ドレイン電流の成分
の振幅は、前記トランジスタのゲートに印加されるＡＣ信号によって制御される
ロックインアンプを用いて測定してもかまわない。
本発明の別の構成によれば、所定の期間にわたってある物体を照射する電離放
射線の総量を決定する方法が提供され、該方法は、前記期間中に該物体の付近の
少なくとも一つの位置に、それぞれ少なくとも一つの複合ポリマーを含む放射線
検出器を設ける段階であって、その単数または複数の検出器の光ルミネセンス特
性が前記の単数または複数の複合ポリマーを照射する電離放射線の総量に依存し
ていることを特徴とする段階と、その単数または複数の検出器の光ルミネセンス
特性を測定する段階と、前記の光ルミネセンス特性の測定値から該期間中に前記
のそれぞれの位置で該物体を照射する電離放射線の総量を決定する段階とから構
成される。
前記の測定段階は、なるべくなら前記の単数または複数の検出器を該物体の付
近から取り除いた後で行われることが望ましい。
好ましい実施桝では、該方法は、さらに前記の単数または複数の検出器の一部
を放射線から遮蔽する段階を含んで構成されており、測定段階には前記の単数ま
たは複数の検出器の遮蔽された部分と遮蔽されない部分の光ルミネセンス特性を
比較する措置が含まれている。
この方法は、測定感度が向上するという利点を提供する。
この方法は、さらに複合ポリマーを光酸化させる段階を含んで構成されていて
もかまわない。
これによって、有機半導体素材への放射線照射の作用効果を向上させるという
利点が提供される。有機半導体素材に放射線を照射すると、該物質の結合が切断
されるが、そうした結合の多くがすぐに再生すると信じられている。そこで、結
合が再生される前に該素材を光酸化させれば、放射線によって誘発された変化が
より長続きするようになり、測定精度が高まるとされている。
本発明のもう一つの構成によれば、所定の期間にわたってある物体を照射する
電離放射線の総量を決定する際に使用する電界効果トランジスタが提供され、該
トランジスタは、基板と、該基板上に配置されるドープゲート部と、該ゲート部
上に配置される絶縁層と、該絶縁層上に配置される分離したソース部およびドレ
イン部と、ソース部とドレイン部との間に少なくとも一つの有機半導体素材を含
んでいる活性層と、該活性層の上方の保護層とから横成され、該トランジスタの
電気的特性が該有機半導体素材を照射する電離放射線の総量に依存していること
を特徴としている。
このトランジスタは、保護層を設けることによって、有機半導体素材を劣化さ
せる原因になりがちな空気やその他の不純物の進入を防止する。
該保護層は、検出しようとする放射線に対してほぼ透過性があってもかまわな
い。
該保護層は、二酸化ケイ素の膜であってもかまわない。
該保護層は、取りはずしできるものであってもかまわない。
このトランジスタには、後から有機半導体素材を光酸化させることができるよ
うになるという利点がある。
該トランジスタは、さらに該有機半導体素材中で二次電子を発生させるための
増感層を含んで構成されていてもかまわない。
これによって、電離放射線に対するトランジスタの計測可能な応答が増大する
という利益が提供される。
ソース部とドレイン部は、金またはクロムまたはその両方でできた電極で構成
されていてもかまわない。
好ましい実施例では、ソース部とドレイン部はインターディジタル構造に配列
されている。
これによって、該トランジスタのチャネル幅が極大化されるという利益が提供
される。
本発明のさらに別の構成によれば、所定の期間にわたってある物体を照射する
電離放射線の総量を決定する際に使用する放射線検出器が提供され、該検出器は
、基板と、少なくとも一つの複合ポリマーを含んで構成されるとともに、該基板
上に配置されている活性層と、該活性層上にある保護層とから構成され、該検出
器の光ルミネセンス特性が前記の単数または複数の複合ポリマーのそれぞれを照
射する電離放射線の総量に依存していることを特徴としている。
複合ポリマーの顕著な長所は、光ルミネセンスを引き起こす励起子状態が動き
やすいことである。これは、とりもなおさず、その励起子は通常崩壊する前にか
なりの体積となることを意味する（放射性を持った形と、持たない形のいずれで
も）。励起子が拡散体積内のいずれの場所でも消光欠陥（電離放射線によって生
じた）に遭遇すると、その励起子による光ルミネセンスは消失するであろう。拡
散体積と有効励起子体積との比率は、消光欠陥に対する光ルミネセンスの感度を
大きく左右する因子である。
保護層は、金属膜であることが望ましい。あるいは保護層は、二酸化ケイ素膜
でもよい。保護層は、なるべくなら取りはずしできるものであることが望ましい
。
該検出器は、さらに複合ポリマー中で二次電子を生成するための増感層を含ん
で構成されていてもかまわない。
好ましい実施例では、基板は、活性層によって放射される光ルミネセンスに対
してほぼ透過性であってもかまわない。
これによって、該検出器上に配置される保護層を取りはずさなくても該検出器
の光ルミネセンス特性を測定できるようになるという利益が提供される。
また、該検出器は、さらに検出しようとする放射線から該検出器を遮蔽するた
めの遮蔽手段を含んで構成されていてもかまわない。
本発明についての理解を深めるために、以下、制限的な意味ではなく例として
、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例である電界効果トランジスタの概略を示す横断面図で
ある。
図２は、図１のトランジスタの平面図である。
図３は、図１のトランジスタを含んでいる測定回路の第一の実施例である。
図４ａは、放射線照射前の様々なゲートバイアス電圧での図１のトランジスタ
の電流−電圧特性をグラフにしたものである。
図４ｂは、放射線照射後の図１のトランジスタの電流−電圧特性を図４ａに対
応させて示したグラフである。
図４ｃは、６９ｋＧｙの放射線量、を照射した後の図１のトランジスタの電流
−電圧特性を図４ｂに対応させて示したグラフである。
図５ａは、図１のトランジスタを含んでいる測定回路の第二の実施例である。
図５ｂは、図５ａの測定回路の変形例である。
図６は、本発明を実施している放射線検出器の光ルミネセンス特性を測定する
装置の第一の実施例の概略図である。
図７は、図６の放射線検出器を８ｋｅＶから４０ｋｅＶまでのエネルギー範囲
のＸ線に曝露した場合の相対光ルミネセンス効率のグラフである。
図８ａは、図６の放射線検出器を８ｋｅＶから４０ｋｅＶまでのエネルギー範
囲のＸ線に曝露した場合の相対光ルミネセンス効率のグラフである。
図８ｂは、図６の放射線検出器の相対光ルミネセンス効率と放射線量との関係
を図８ａに対応させて示したグラフである。
図９は、本発明を実施している放射線検出器の光ルミネセンス特性を測定する
計測装置の第二の実施例である。
図１０は、本発明を実施している放射線検出器の光ルミネセンス特性を検出す
る計測装置の第三の実施例である。
図１を詳細に参照すると、電界効果トランジスタ（１）は、トランジスタ（１
）のゲート層を形成しているとともに、深さ５００ｎｍ以上にわたって１０19ｃ
ｍ-3以上のドーパント密度を有している大量にＮドープを施された層（３）を設
けるようにＮタイプのシリコンウェーハ（２）にドープするという方法によって
つくられている。次いで、該ゲート層（３）の表面を熱により酸化させ、厚さ１
５０ｎｍのＳｉＯ2絶縁層（４）を設ける。接触リソグラフィーにより、ソース
電極（５）とドレイン電極（６）をインターディジタル構造につくる（図２に詳
細に示されているように）。その際には、先ずクロムを３０ｎｍの厚さになるま
で堆積させてから、金を５０ｎｍの厚さになるまで堆積させる。インターディジ
タル構造に配置された電極（５，６）には、３ｍｍ×３ｍｍの活性領域があり、
電極の離隔間距離は１０ミクロン、電極の幅は１０ミクロン、チャネル幅は約４
５ｃｍである。各電極（５，６）には接点パッドを取り付ける。
複合ポリマーの層は、以下のようにしてつくられる。「複合ポリマー」とは、
少なくともポリマー骨格部に沿って非局在化されたπ電子系を持っているポリマ
ーを意味する。すなわち、非局在化されたπ電子系は、該ポリマーに半導性を与
え、ポリマー鎖沿いに高い運動性を備えた正電荷または負電荷のキャリヤを支持
する能力を付与する。
ポリ塩化（ｐ−キシレン−α−テトラヒドロチオフェン）というポリマーをメ
タノールに溶かした溶液数滴を絶縁層（４）上に載せて、基板を高速でスピンさ
せ、中実の薄膜をつくるという方法により、絶縁層（４）および分離したソース
電極（５）とドレイン電極（６）の上に該ポリマーの膜を形成する。次いで、２
５０℃の真空中で１０時間加熱し、厚さ１１０ｎｍの膜（７）をつくるという方
法により、その膜を化学的にポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）に転換
させる。次いで、該ポリマー膜（７）に厚さ５０ｎｍの不導膜（８）を形成し、
空気の進入を防止するため該素子をカプセル化する。因みに、空気が入ると、複
合ポリマー素材が劣化することが多い。当該技術分野に熟練を有する者なら気づ
くであろうが、カプセル化層（８）の厚さは、該ポリマー膜（７）の劣化を防止
するに足る厚みを備えている一方で、検出しようとする放射線に対してほぼ透過
性になるだけの薄さを備えていなければならない。しかし、適当な素材を選べば
、カプセル化層（８）は、該カプセル化層（８）から出る二次放射線によってポ
リマー膜（７）内のエネルギー沈積を増大させることによって、かえってトラン
ジスタ（１）の応答を増大させる可能性があると考えられている。同様にソース
電極とドレイン電極も、二次放射線源として作用することによって、トランジス
タの応答を増大させると考えられている。
以下、図１および図２に示される素子の作動を、図３を参照しながら説明する
。所定の期間内にトランジスタ（１）を照射する放射線の総量を決定するために
、当該技術分野に熟練を有する者にとって公知の適当な測定装置（１０）によっ
てソース−ドレイン電流を測定できるように、測定回路（９）にトランジスタ（
１）を接続する。トランジスタ（１）は、職員が着用する折り襟用バッジ形式の
検出器に内蔵してもかまわない。また、放射線照射の後に続く都合のよい測定ス
テーションで測定回路（９）に接続してもかまわない。トランジスタ（１）のソ
ース−ドレイン電圧を一定に保ち、ゲート電圧を最大測定感度を与える値に保持
する。次いで、ソース−ドレイン電流を測定すると、その測定値が当該素子によ
って吸収された放射線の総量にあたる。読み出し中に該トランジスタのゲート（
３）にバイアス電圧を印加すれば、ポリマー層（７）内のドーパントの最小密度
を、電極（５，６）からの効率的な電荷注入に適した値に設定することができる
ようになり、該ゲートバイアス電圧によって、該素材の体積中の電荷キャリヤの
数密度が非常に低くても、したがって伝導率が非常に低くても、電荷キャリヤの
運動性が測定できるようになると考えられている。
図４ａを見ると、同図には放射線照射前の様々なゲートバイアス電圧における
図１の素子の電流電圧特性が示されているが、はっきりした電界効果はないこと
がわかる。８．４ｋｅＶのエネルギーのＸ線に６時間にわたって曝露した後では
、図４ｂに示されるように、明らかな電界効果が認められ、該素子の電気的特性
は、図４ｃに示されるように、トランジスタによって吸収された放射線の総量を
示している。
図５ａには測定回路の変形例が示されているが、同図ではトランジスタ（１）
のソース−ドレイン電圧を一定に保ち、周波数ｆおよび一定振幅におけるＡＣ信
号電圧と一定のＤＣバイアス電圧をトランジスタ（１）のゲートに印加する。周
波数ｆにおけるソース−ドレイン電圧の成分を検出し、この成分の振幅をトラン
ジスタ（１）によって吸収された累積放射線量の測度とする。
図５ａの測定回路の変形例が図５ｂに示されている。トランジスタ（１）のソ
ース−ドレイン電圧をやはり一定に保ち、周波数ｆおよび一定振幅におけるＡＣ
信号電圧と一定のＤＣバイアス電圧をトランジスタ（１）のゲートに印加する。
該トランジスタのゲートに印加されたＡＣ信号電圧は、ソース−ドレイン回路に
接続されたロックインアンプに基準信号を供給する目的にも使用される。これに
よって、周波数ｆにおけるソース−ドレイン電圧の成分を検出し、その振幅を測
定できるようになる。
図６を見ると、図１のトランジスタ（１）の活性層を形成する場合と同様の方
法で、ポリ塩化（ｐ−キシレン−α−テトラヒドロチオフェン）というポリマー
をメタノールに溶かした溶液にスピン被覆することによってスペクトロシル−Ｂ
ガラスでできたディスクで構成される透明基板（１３）上に該ポリマーの膜を形
成した上で、２５０℃の真空で１０時間にわたって加熱することによって、その
膜を化学的にポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）に転換させるという方
法によって、光ルミネセンス放射線検出器（１１）が形成される。次いで、光ル
ミネセンス層（１２）の最上部の上にアルミニウム膜から成るカプセル化層（１
４）を形成する。図１の実施例の場合と同様に、カプセル化層（１４）は、二次
放射線生成の結果光ルミネセンス層におけるエネルギー沈積を増大させることに
よって該素子の性能を高める。
検出器（１１）の光ルミネセンス特性を測定するために、例えば青色発光ダイ
オード（ＬＥＤ）などのような、センサ（１１）に使われている活性複合素材の
光学的吸収限界を超えるエネルギーを持った光子を生成する光源（１５）を用い
て、透明基板（１３）を介して光ルミネセンス層（１２）を照明する。４７０ｎ
ｍ以下の波長の光だけを透過する着色ガラスフィルタである光フィルタ（１６）
を、光源（１５）と検出器（１１）との間に配置する。これによって、該素子の
光ルミネセンスの波長範囲に入る光は通過できなくなり、後に光ルミネセンスを
測定する際に背景光が低減される。検出器（１１）とＣＣＤ検出器（１８）との
間に、例えばスペクトロメータのような光フィルタ（１７）を配置し、光源（１
５）から来て検出器（１１）から検出器（１８）の方向に散乱される光をさえぎ
る。これによっても、光ルミネセンス測定の際の背景光が低減され、検出器（１
８）のＣＣＤアレイの画素のうち、４８５ｎｍから７００ｎｍまでの範囲の波長
に対応する画素からの出力を合計することによって、光ルミネセンス信号が得ら
れる。
図６の検出器の作動が図７に示されている。図７には、検出器を８．４ｋｅＶ
のエネルギーのＸ線に曝露したときの相対的光ルミネセンス量子効率と放射線量
との関係が描かれている。
同様に、図８ａ及び図８ｂは、検出器１１が８ｋｅＶから４０ｋｅＶのエネル
ギーのＸ線に曝露したときの相対的光ルミネセンス効率と放射線量の関係を示し
ている。
図９を見ると、図６の実施例と共通の部品には同じ参照数字で１００だけ嵩上
げしたものが付されており、放射線検出器（１１１）は、検出器（１１１）の一
部の上に、検出しようとする放射線に対して全体的に不透過な素材を用いて遮蔽
層（１２０）が設けられており、追加の層や混合物を用いた増感層（１２１）が
検出器のその下に入る部分の感度を高める点が図６の検出器（１１）と異なって
いる。該装置は、検出器（１１１）上の一箇所で光ルミネセンス効率を測定する
ようにつくられており、遮蔽された部分と増感された部分を交互にその箇所の下
にいれるように周波数Ｆでスピンされる。次いで、周波数Ｆで測定される光ルミ
ネセンス信号の成分を、該検出器によって吸収された放射線の総量の測度とする
。
図１０を見ると、図６の実施例と共通の部品には同じ参照数字で２００だけ嵩
上げしたものが付されており、検出器（２１１）には、遮蔽層（２２０）と増感
層（２１１）が特定の幅で交互にストライプ模様を形成するように設けられてい
る。検出器（２１８）は、放射された光ルミネセンス光を用いて検出器（２１１
）の画像を捕獲し、空間フィルタリングといったような当該技術分野に熟練を有
する者にとって公知の数値法によって、増感層のパターンに対応する光ルミネセ
ンス信号の成分が抽出される。あるいはまた、該光学装置を検出器（２１１）上
の一箇所で光ルミネセンス効率を測定できるように配置して、該素子を横切って
その箇所を走査してもかまわない。その箇所または検出器（２１１）またはその
両方を動かすことによって、該素子を横切ってその箇所を走査し、時間変動信号
を走査速度と走査方向と併せて用いて、増感された層に対応する光ルミネセンス
信号の成分の大きさを計算する。
以上、図１から図１０までを参照しながら説明した実施例は全てが、カプセル
化層（８，１４，１１４，または２１４）を取りはずし可能にして検出しようと
する放射線を照射した後で複合ポリマー層が酸化できるようにするという形で修
正することができる。このようにすることで、照射によってポリマー層にできた
欠陥の作用効果を増幅させたり、より長続きさせる作用効果があり、したがって
後で行われる測定の感度が向上する。例えば、図６から図１０までを参照しなが
ら説明した実施例の作用は、照射の後にカプセル化層を除去してから、該素子を
酸素または水またはその両方といった反応性流体に曝露するとともに、同時に該
活性複合素材の光学的吸収限界より短い波長の光に曝露することによって増強さ
れる。当該技術分野に熟練を有する者ならわかるであろうが、同様の処理を施せ
ば、図１から図５までの実施例から得られる電気的測定値も向上させることがで
きる。また、そのような修正または照射またはその両方を行えば、伝導性ポリマ
ー層を擁するガスセンサの性能も向上させることができると考えられている。
上記の実施例の全部について最適な膜の厚さは、具体的な素子の用途ごとに、
モンテカルロ法といった適当なモデル化法によって決定してもかまわない。その
ような技法の一例が、「Breiermeister JF，Ed，1993 MCNP‐A general Monte
Carlo N-Particle Transport Code，Version 4A Los Alamos Report:LA-12625」
に記されている。さらに、図１から図５までの実施例は、鉛またはその他の適当
な素材でできた単数または複数の増感層を基板内に設けて、活性層におけるエネ
ルギーの沈積を増大させるさらなる二次放射線が生成されるようにすることによ
って、その性能を向上させることができる。またさらに、図６、図９、および図
１０の実施例は、鉛またはその他の適当な素材でできた単数または複数の増感層
をカプセル化層に設けて、或いは透明の増感層を基板（１３，１１３，２１３）
内に設けることによってその性能を向上させることができる。
当該技術分野に熟練を有する者なら、上記の実施例は例として説明されたにす
ぎず、制限的な意味で説明されたのではなく、添付の特許請求の範囲に規定され
る本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形や修正を加えることができるこ
とがわかるであろう。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radiation sensor, and more particularly to a sensor for detecting high-energy ionizing radiation, but is not limited to this sensor. Semiconductor radiation detectors are known, in which current is generated from the excitation of electron-hole pairs by radiation in the depletion region of the semiconductor element. However, the response from such a detector is not a cumulative response (representing the total radiation over a particular period), but a transient response (i.e., representing the instantaneous radiation rate), and a cumulative reading is obtained. In order to be able to do so, further electronic equipment is required. Photographic film is commonly used as a device for detecting cumulative radiation over a specific period of time. However, since readings cannot be obtained until the film is developed, only one film can be used at a time, and it takes time to obtain the readings. Variations between batches processing the film also affect the reading. Also, a method of detecting radiation using a thermoluminescent material is known. In that method, electrons and electron vacancies generated in the material by the radiation are confined. Subsequent heating of the material releases the trapped charges, which then undergo radiative recombination to generate light, which is detected. Although such devices can be used repeatedly, the information about the radiation dose in the material is deleted in the course of reading the reading, so that such information can only be read out of the device once. In addition, the luminescence signal from a material whose stored readings do not collapse at room temperature is weak and requires expensive measuring equipment. European Patent Application No. 0261286 relates to radiation detection using a composite polymer film and a radiation-sensitive material in combination, and measuring changes in light absorption and conductivity accompanying radiation irradiation. However, these techniques are not suitable for most applications due to their low sensitivity. The preferred embodiment of the present invention seeks to overcome the disadvantages of the prior art as described above. According to a configuration of the present invention, there is provided a method for determining the total amount of ionizing radiation that irradiates an object over a predetermined time period. The method comprises providing a field effect transistor having an active layer each including at least one organic semiconductor material at at least one location near the object during the time period, wherein the field effect transistor or the plurality of field effect transistors is provided. The electrical characteristics of the organic semiconductor material is dependent on the total amount of ionizing radiation irradiating the material, and measuring the predetermined electrical characteristics of the one or more field effect transistors, Determining the total amount of ionizing radiation that illuminates the object at each of the locations during the time period from the measured values of the electrical properties of the object. By providing a field-effect transistor having an active layer, the sensitivity can be significantly increased. In a preferred embodiment, the measuring step is performed after removing the field-effect transistor or transistors from the vicinity of the object. It is desirable that the diffusion layer be disposed between the source part and the drain part of the one or more field-effect transistors if possible. The measuring step may comprise maintaining the gate voltage at a predetermined level while measuring the source-drain current of the field-effect transistor or transistors. This method has the advantage that a bias voltage selected to give maximum sensitivity can be applied to the gate of the transistor. In a preferred embodiment, said measuring step comprises the steps of applying an AC signal having a predetermined frequency to the gate of said one or more field-effect transistors, and the component of the source-drain current of said transistor at said predetermined frequency. And a measure for measuring the amplitude of the signal. The amplitude of the source-drain current component of the one or more field effect transistors may be measured using a lock-in amplifier controlled by an AC signal applied to the gate of the transistor. According to another aspect of the invention, there is provided a method of determining a total amount of ionizing radiation that irradiates an object over a predetermined time period, the method comprising: at least one location near the object during the time period; Providing a radiation detector, each comprising at least one composite polymer, wherein the photoluminescence properties of the one or more detectors depend on the total amount of ionizing radiation illuminating the one or more composite polymers. Measuring the photoluminescence properties of the one or more detectors, and measuring the object at each of the positions during the period from the measurements of the photoluminescence properties. Determining the total amount of ionizing radiation to be irradiated. The measuring step is preferably performed after removing the detector or detectors from the vicinity of the object. In a preferred embodiment, the method further comprises the step of shielding a portion of said one or more detectors from radiation, wherein the measuring step comprises shielding said one or more detectors. Measures are included to compare the photoluminescence properties of the shaded and unshielded portions. This method offers the advantage of increased measurement sensitivity. The method may further comprise the step of photooxidizing the composite polymer. This provides the advantage of improving the effect of irradiating the organic semiconductor material with radiation. Irradiation of the organic semiconductor material breaks bonds in the material, and it is believed that many of these bonds are quickly regenerated. It is said that if the material is photo-oxidized before the bonds are regenerated, the changes induced by the radiation will last longer and the measurement accuracy will increase. According to another aspect of the invention, there is provided a field effect transistor for use in determining a total amount of ionizing radiation that irradiates an object over a predetermined period of time, the transistor comprising a substrate, and a transistor disposed on the substrate. A doped gate portion, an insulating layer disposed on the gate portion, separated source and drain portions disposed on the insulating layer, and at least one organic semiconductor between the source portion and the drain portion. An active layer containing a material, and a protective layer above the active layer, wherein the electrical characteristics of the transistor depend on the total amount of ionizing radiation that irradiates the organic semiconductor material. I have. In this transistor, provision of a protective layer prevents entry of air and other impurities which tend to cause deterioration of the organic semiconductor material. The protective layer may be substantially transparent to the radiation to be detected. The protective layer may be a silicon dioxide film. The protective layer may be removable. This transistor has the advantage that the organic semiconductor material can be photo-oxidized later. The transistor may further include a sensitizing layer for generating secondary electrons in the organic semiconductor material. This offers the advantage of increasing the measurable response of the transistor to ionizing radiation. The source and drain may be comprised of electrodes made of gold or chromium or both. In a preferred embodiment, the source and drain sections are arranged in an interdigital structure. This offers the advantage that the channel width of the transistor is maximized. According to yet another aspect of the invention, there is provided a radiation detector for use in determining a total amount of ionizing radiation that irradiates an object over a predetermined period of time, the detector comprising: a substrate; An active layer disposed on the substrate and comprising a protective layer on the active layer, wherein the photoluminescence characteristic of the detector is one or more of It is characterized by being dependent on the total amount of ionizing radiation that irradiates each of the polymers. A significant advantage of composite polymers is that the exciton states that cause photoluminescence are mobile. This means, again, that the exciton usually becomes a significant volume before decay (both radioactive and nonradiative). If an exciton encounters a quenching defect (caused by ionizing radiation) anywhere in the diffusion volume, the photoluminescence from that exciton will be extinguished. The ratio of the diffusion volume to the effective exciton volume is a factor that greatly affects the photoluminescence sensitivity to quenching defects. The protective layer is desirably a metal film. Alternatively, the protective layer may be a silicon dioxide film. Preferably, the protective layer is removable if possible. The detector may further include a sensitizing layer for generating secondary electrons in the composite polymer. In a preferred embodiment, the substrate may be substantially transparent to the photoluminescence emitted by the active layer. This offers the advantage that the photoluminescence properties of the detector can be measured without removing the protective layer located on the detector. Further, the detector may further include a shielding unit for shielding the detector from radiation to be detected. For a better understanding of the invention, a preferred embodiment of the invention will now be described in detail, by way of example and not by way of limitation, with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a field-effect transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the transistor of FIG. FIG. 3 is a first embodiment of a measuring circuit including the transistor of FIG. FIG. 4a is a graph of the current-voltage characteristics of the transistor of FIG. 1 at various gate bias voltages before irradiation. FIG. 4b is a graph showing the current-voltage characteristics of the transistor of FIG. 1 after irradiation, corresponding to FIG. 4a. FIG. 4c is a graph showing the current-voltage characteristics of the transistor of FIG. 1 after irradiation with a radiation dose of 69 kGy, corresponding to FIG. 4b. FIG. 5a is a second embodiment of a measuring circuit including the transistor of FIG. FIG. 5b is a modification of the measuring circuit of FIG. 5a. FIG. 6 is a schematic diagram of a first embodiment of an apparatus for measuring the photoluminescence characteristics of a radiation detector embodying the present invention. FIG. 7 is a graph of relative photoluminescence efficiency when the radiation detector of FIG. 6 is exposed to X-rays in the energy range from 8 keV to 40 keV. FIG. 8a is a graph of the relative photoluminescence efficiency when the radiation detector of FIG. 6 is exposed to X-rays in the energy range from 8 keV to 40 keV. FIG. 8B is a graph showing the relationship between the relative photoluminescence efficiency and the radiation dose of the radiation detector of FIG. 6 in correspondence with FIG. 8A. FIG. 9 shows a second embodiment of the measuring device for measuring the photoluminescence characteristic of the radiation detector embodying the present invention. FIG. 10 shows a third embodiment of the measuring device for detecting the photoluminescence characteristic of the radiation detector embodying the present invention. Referring to FIG. 1 in detail, the field effect transistor (1) forms the gate layer of the transistor (1) and has a dopant density of 10 19 cm −3 or more over a depth of 500 nm or more. It is made by doping an N-type silicon wafer (2) so as to provide a heavily N-doped layer (3). Next, the surface of the gate layer (3) is oxidized by heat to provide a SiO 2 insulating layer (4) having a thickness of 150 nm. By contact lithography, the source electrode (5) and the drain electrode (6) are made in an interdigital structure (as shown in detail in FIG. 2). In that case, first, chromium is deposited to a thickness of 30 nm, and then gold is deposited to a thickness of 50 nm. The electrodes (5, 6) arranged in an interdigital structure have an active area of 3 mm x 3 mm, the separation between the electrodes is 10 microns, the width of the electrodes is 10 microns, and the channel width is about 45 cm. A contact pad is attached to each electrode (5, 6). The composite polymer layer is made as follows. "Composite polymer" means a polymer having a delocalized pi-electron system at least along the polymer backbone. That is, the delocalized π-electron system gives the polymer semiconductivity and the ability to support positively or negatively charged carriers with high mobility along the polymer chain. A few drops of a solution of polychlorinated (p-xylene-α-tetrahydrothiophene) dissolved in methanol are placed on the insulating layer (4), and the substrate is spun at a high speed to form a solid thin film. The polymer film is formed on the insulating layer (4) and the separated source electrode (5) and drain electrode (6). The film is then chemically converted to poly (p-phenylenevinylene) (PPV) by heating in vacuum at 250 ° C. for 10 hours to produce a 110 nm thick film (7). Next, a non-conductive film (8) having a thickness of 50 nm is formed on the polymer film (7), and the element is encapsulated to prevent air from entering. Incidentally, when air enters, the composite polymer material often deteriorates. As will be appreciated by those skilled in the art, the thickness of the encapsulation layer (8) may be sufficient to prevent degradation of the polymer film (7) while attempting to detect it. It must be thin enough to be nearly transparent to the radiation. However, if an appropriate material is selected, the encapsulation layer (8) will instead increase the energy deposition in the polymer film (7) by the secondary radiation emanating from the encapsulation layer (8), and thus the transistor (1) Is believed to increase the response of Similarly, it is believed that the source and drain electrodes also act as secondary radiation sources, thereby increasing the response of the transistor. Hereinafter, the operation of the device shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG. In order to determine the total amount of radiation irradiating the transistor (1) within a given time period, the source-drain current can be measured by a suitable measuring device (10) known to those skilled in the art, The transistor (1) is connected to the measurement circuit (9). The transistor (1) may be incorporated in a folding badge type detector worn by staff. It may also be connected to the measuring circuit (9) at a convenient measuring station following the irradiation. The source-drain voltage of the transistor (1) is kept constant, and the gate voltage is kept at a value giving the maximum measurement sensitivity. Next, when the source-drain current is measured, the measured value corresponds to the total amount of radiation absorbed by the element. When a bias voltage is applied to the gate (3) of the transistor during reading, the minimum density of the dopant in the polymer layer (7) is set to a value suitable for efficient charge injection from the electrodes (5, 6). And the gate bias voltage allows the mobility of the charge carriers to be measured, even if the number density of the charge carriers in the volume of the material is very low and therefore very low. It is thought to be. FIG. 4a shows the current-voltage characteristics of the device of FIG. 1 at various gate bias voltages before irradiation, but it can be seen that there is no clear field effect. After exposure to X-rays of 8.4 keV energy for 6 hours, a clear electric field effect is observed as shown in FIG. 4b, and the electrical characteristics of the device are shown in FIG. Indicates the total amount of radiation absorbed. FIG. 5a shows a modification of the measuring circuit, in which the source-drain voltage of the transistor (1) is kept constant and the AC signal voltage at a frequency f and a constant amplitude and a constant DC bias voltage are applied to the transistor (1). Apply to the gate of (1). The component of the source-drain voltage at the frequency f is detected, and the amplitude of this component is used as a measure of the cumulative radiation dose absorbed by the transistor (1). A variant of the measuring circuit of FIG. 5a is shown in FIG. 5b. The source-drain voltage of transistor (1) is also kept constant, and an AC signal voltage at frequency f and constant amplitude and a constant DC bias voltage are applied to the gate of transistor (1). The AC signal voltage applied to the gate of the transistor is also used to supply a reference signal to a lock-in amplifier connected to a source-drain circuit. This makes it possible to detect the source-drain voltage component at the frequency f and measure its amplitude. Referring to FIG. 6, in the same manner as in the case of forming the active layer of the transistor (1) in FIG. 1, a polymer of polychlorinated (p-xylene-α-tetrahydrothiophene) is spin-coated on a solution in methanol. The polymer film was formed on a transparent substrate (13) composed of a disc made of Spectrosil-B glass, and then heated at 250 ° C. for 10 hours to form a film. A photoluminescent radiation detector (11) is formed by the method of conversion to poly (p-phenylenevinylene) (PPV). Next, an encapsulation layer (14) made of an aluminum film is formed on the uppermost portion of the photoluminescence layer (12). As in the embodiment of FIG. 1, the encapsulation layer (14) enhances the performance of the device by increasing the energy deposition in the photoluminescent layer as a result of secondary radiation generation. In order to measure the photoluminescence properties of the detector (11), it has an energy exceeding the optical absorption limit of the active composite material used in the sensor (11), for example a blue light emitting diode (LED). The photoluminescent layer (12) is illuminated through a transparent substrate (13) using a light source (15) that generates photons. An optical filter (16), which is a colored glass filter that transmits only light having a wavelength of 470 nm or less, is disposed between the light source (15) and the detector (11). As a result, light falling within the wavelength range of photoluminescence of the device cannot pass, and background light is reduced when photoluminescence is measured later. An optical filter (17), for example a spectrometer, is arranged between the detector (11) and the CCD detector (18), coming from the light source (15) and coming from the detector (11) to the detector (18). ) To block light scattered in the direction. This also reduces the background light during the photoluminescence measurement, and sums the outputs from the pixels corresponding to wavelengths in the range from 485 nm to 700 nm among the pixels of the CCD array of the detector (18). As a result, a photoluminescence signal is obtained. The operation of the detector of FIG. 6 is shown in FIG. FIG. 7 depicts the relationship between relative photoluminescence quantum efficiency and radiation dose when the detector is exposed to X-rays at an energy of 8.4 keV. Similarly, FIGS. 8a and 8b show the relationship between relative photoluminescence efficiency and radiation dose when detector 11 is exposed to X-rays with energies between 8 keV and 40 keV. Referring to FIG. 9, parts common to the embodiment of FIG. 6 are denoted by the same reference numerals and are raised by 100, and the radiation detector (111) is located above a part of the detector (111). In addition, a shielding layer (120) is provided using a material which is totally opaque to the radiation to be detected, and an additional layer or a sensitizing layer (121) using a mixture is provided in the detector. The difference from the detector (11) of FIG. 6 is that the sensitivity of the lower part is increased. The device is configured to measure the photoluminescence efficiency at one location on the detector (111), and the frequency is adjusted so that the shielded and sensitized portions alternate under the location. Spin at F. The component of the photoluminescence signal measured at frequency F is then a measure of the total amount of radiation absorbed by the detector. Referring to FIG. 10, parts common to the embodiment of FIG. 6 are given the same reference numerals but are raised by 200, and the detector (211) has a shielding layer (220) and a sensitizing layer (200). 211) are provided so as to alternately form a stripe pattern with a specific width. The detector (218) captures the image of the detector (211) using the emitted photoluminescent light and sensitizes it by numerical methods known to those skilled in the art, such as spatial filtering. The components of the photoluminescence signal corresponding to the layer pattern are extracted. Alternatively, the optical device may be arranged so that the photoluminescence efficiency can be measured at one location on the detector (211), and the location may be scanned across the element. By moving the location and / or the detector (211), the location is scanned across the element and the time-varying signal is used in conjunction with the scanning speed and direction to correspond to the sensitized layer. Calculate the magnitude of the component of the photoluminescence signal. All of the embodiments described above with reference to FIGS. 1 to 10 all comprise a composite polymer after the encapsulation layer (8, 14, 114, or 214) has been removed and irradiated with the radiation to be detected. It can be modified in such a way that the layer can be oxidized. This has the effect of amplifying the effect of defects formed in the polymer layer by the irradiation and making it longer lasting, thereby improving the sensitivity of the measurement performed later. For example, the operation of the embodiment described with reference to FIGS. 6 to 10 is to remove the encapsulation layer after irradiation and then expose the device to a reactive fluid such as oxygen and / or water, At the same time, it is enhanced by exposure to light of a wavelength shorter than the optical absorption limit of the active composite material. As will be appreciated by those skilled in the art, similar processing can improve the electrical measurements obtained from the embodiments of FIGS. 1-5. It is also believed that such modifications and / or irradiation can also improve the performance of gas sensors having conductive polymer layers. The optimum film thickness for all of the above embodiments may be determined by an appropriate modeling method such as a Monte Carlo method for each specific device application. An example of such a technique is described in "Breiermeister JF, Ed, 1993 MCNP-A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 4A Los Alamos Report: LA-12625". In addition, the embodiments of FIGS. 1-5 provide additional secondary radiation to increase the energy deposition in the active layer by providing one or more sensitizing layers of lead or other suitable material in the substrate. Is generated, the performance can be improved. Still further, the embodiments of FIGS. 6, 9 and 10 show that the encapsulating layer may include one or more sensitizing layers made of lead or other suitable material, or that the transparent sensitizing layer may be provided on the substrate. By providing it in (13, 113, 213), its performance can be improved. To those skilled in the art, the above embodiments have been described by way of example only, and not by way of limitation, but rather the scope of the invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
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(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
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ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ
Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ
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ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ
Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ
，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，
ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ
(72)発明者 グラハム，スティーフン チャールズ
イギリス国、キャンブズ シービー３ ８
ティージェイ、ケインブリッジ、バー ヒ
ル、ウォーターミード 35────────────────────────────────────────────────── ───
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(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
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X, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE
, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT,
UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW
(72) Inventor Graham, Stephen Charles
Cambs CB 38, UK
TJ, Kanebridge, Bahee
Le, watermead 35