JP2013003094A - Radiation dosimeter - Google Patents

Radiation dosimeter Download PDF

Info

Publication number
JP2013003094A
JP2013003094A JP2011137327A JP2011137327A JP2013003094A JP 2013003094 A JP2013003094 A JP 2013003094A JP 2011137327 A JP2011137327 A JP 2011137327A JP 2011137327 A JP2011137327 A JP 2011137327A JP 2013003094 A JP2013003094 A JP 2013003094A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
radiation
field effect
effect transistor
gate
drain
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Withdrawn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
JP2011137327A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Vladimir Polischuk
ポリスチャク,ウラジーミル
Denis Savoschin
サヴォスチン,デニス
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.)
FR OLEG URYUPIN
Original Assignee
FR OLEG URYUPIN
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 FR OLEG URYUPIN filed Critical FR OLEG URYUPIN
Priority to JP2011137327A priority Critical patent/JP2013003094A/en
Publication of JP2013003094A publication Critical patent/JP2013003094A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation dosimeter which comprises two types of metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFET) that can amplify a change in threshold voltage due to radiation and perform temperature compensation, and a method of operation.SOLUTION: The radiation dosimeter comprises a radiation integrated circuit (RADIC) including two radiation field-effect transistors (RADFET) and two MOSFETs that are integrated on the same substrate, or two RADFETs that are integrated on the same substrate and two resistors. The amplification of a threshold voltage change is achieved by using the amplification principle of an MOSFET inverter. Under ionizing irradiation, the gate of the first RADFET is forward biased and the gate of the second RADFET is biased off. An amplified differential threshold voltage change is measured in a reading mode. Measurement of milli-rad doses is enabled and temperature effects and drifts are substantially removed.

Description

本発明は放射線量計に関するものである。   The present invention relates to a radiation dosimeter.

金属酸化物半導体放射線量計は、放射線を軟化させるための特別に処理されたゲート絶縁材を備えたMOS電界効果型トランジスタである。   A metal oxide semiconductor dosimeter is a MOS field effect transistor with a specially treated gate insulator to soften the radiation.

熱ルミネッセンス装置など従来の要員用放射線量計がある。この種の装置は、CaFまたはLiFの小さな結晶を用いたもので、この結晶が、電離性放射線によって生成された電子とホールをトラップする。加熱されると、トラップが空になるために結晶から発光が生じ、この光は蓄積された線量に関係している。 There are conventional radiation dosimeters for personnel such as thermoluminescence devices. This type of device uses a small crystal of CaF 2 or LiF, which traps electrons and holes generated by ionizing radiation. When heated, the trap is emptied and light is emitted from the crystal, which is related to the accumulated dose.

MOSFET放射線量計は、一般に放射線電界効果型トランジスタ(RADFET)として知られており、放射線によって生じたRADFETの閾値電圧のシフトを測定するものである。   A MOSFET dosimeter is commonly known as a radiation field effect transistor (RADFET) and measures the shift in the threshold voltage of the RADFET caused by radiation.

放射線電界効果型トランジスタは、熱ルミネッセンス装置に関係する多くの利点をもっている:低コスト、小型、軽量、頑丈、正確、広い線量測定可能範囲、リアルタイムでまたは時間差をもっての直接示度、情報把持、測定を行うことのできる他のセンサーおよび/または回路とのモノリシック集積の可能性、信号調整、およびデータ処理等である。   Radiation field effect transistors have many advantages associated with thermoluminescent devices: low cost, small size, light weight, ruggedness, accuracy, wide dosimetry range, direct reading in real time or time difference, information grasp, measurement Such as the possibility of monolithic integration with other sensors and / or circuits, signal conditioning, data processing, etc.

1986年5月20日付けのトムソンのカナダ国特許第1204885号は、一対のシリコン絶縁ゲート電界効果型トランジスタ(IGFET)を有し、同じ放射線に被曝する二つのIGFETセンサーの間の差分閾値を測定する放射線量計を開示している。二つのIGFETセンサーの一方は、その導電領域にバイアスがかけられ、他方は導電領域から外れるようにまたは前者より低い導電レベルにバイアスがかけられる。これら二つのIGFETをもつ放射線量計は、ゲートバイアスが3ボルトの場合には約2mV/cGY、またゲートバイアスが10ボルトより高い場合には約5mV/cGYの感度を示す。この二重式IGFETセンサーの温度に対する感度は、0.1mV/℃より低いことがわかっている。軍隊仕様の温度範囲である−20℃から+50℃すなわち70℃の温度差では、ΔV=7mVすなわち1−3cGYである。 Thomson's Canadian Patent No. 1204885 dated May 20, 1986 measures a differential threshold between two IGFET sensors that have a pair of silicon insulated gate field effect transistors (IGFETs) and are exposed to the same radiation. A radiation dosimeter is disclosed. One of the two IGFET sensors is biased in its conductive region and the other is biased away from the conductive region or at a lower conductive level than the former. A dosimeter with these two IGFETs exhibits a sensitivity of about 2 mV / cGY when the gate bias is 3 volts and about 5 mV / cGY when the gate bias is higher than 10 volts. The sensitivity to temperature of this dual IGFET sensor has been found to be lower than 0.1 mV / ° C. At a temperature difference of −20 ° C. to + 50 ° C., that is, 70 ° C., which is the military temperature range, ΔV T = 7 mV, ie, 1-3 cGY.

この先行技術の装置に関連する問題は、医療、核関連、および他の産業分野の作業要員が使用する線量計としては感度が不十分なことである。個人が使用する放射線量計は、約0.010cGY(Rad)の感度がなければならない。   A problem associated with this prior art device is that it is insufficiently sensitive as a dosimeter for use by medical, nuclear and other industrial personnel. The radiation dosimeter used by an individual must have a sensitivity of about 0.010 cGY (Rad).

B.オコンネル、A.ケレハー、W.レーン、L.アダムズは、1996年6月のIEEE Tran.Nucl.Sci.Vol.43,N3の中で公表された「放射線感度を高めるための積層式RADFET」と題する論文の中で、同じチップの上に15の個別のPADFETを積層することによって80mV/cGYの放射線感度が得られることを示している。   B. O'Connell, A.M. Keleher, W. Lane, L. Adams announced in June 1996 IEEE Tran. Nucl. Sci. Vol. 43, N3, published in the paper entitled “Stacked RADFET to increase radiation sensitivity”, stacking 15 individual PADFETs on the same chip provides a radiation sensitivity of 80 mV / cGY. It is shown that.

V.ポリシュークおよびG.サラベイルースは、Radiation Physics and Chemistry Vol.61,No.3−6,2001の論評欄で公表された「MOS電離性放射線量計:低乃至高線量測定」と題する論文の中で、1.8μmというきわめて厚いゲート酸化物を有するRADFETを用いた積層接続式RADFET構成を示している。感度および最低測定線量を高めるために、14ものトランジスタが積層されている。この構成で、照射前の出力電圧は18Vであった。90mV/cGYもの高い感度が得られている。   V. Polyshuku and G. Sara Beilus is available from Radiation Physics and Chemistry Vol. 61, no. Stack connection using RADFET with a very thick gate oxide of 1.8 μm in the paper titled “MOS ionizing radiation dosimeter: low to high dose measurement” published in the review section of 3-6, 2001 An equation RADFET configuration is shown. As many as 14 transistors are stacked to increase sensitivity and minimum measured dose. With this configuration, the output voltage before irradiation was 18V. Sensitivity as high as 90 mV / cGY is obtained.

両グループとも、ミリRadの放射線量を測定できる可能性を主張している。しかし、積層式RADFETには、個人用放射線量計での使用を制限する多くの問題がある。問題は、一個のRADFETは、一定の温度係数を有していることである。金属酸化物半導体電界効果型トランジスタ装置は、放射線で誘起された閾値電圧のシフトだけが放射線量計で測定されるようにするために考慮に入れなければならない温度閾値電圧依存性を有している。積層式RADFETでは、温度感度は、単一のものをN倍したよりも高くなる(Nは、積層されたRADFETの数)。   Both groups insist on the possibility of measuring milli-Rad radiation dose. However, stacked RADFETs have many problems that limit their use in personal dosimeters. The problem is that one RADFET has a constant temperature coefficient. Metal oxide semiconductor field effect transistor devices have temperature threshold voltage dependence that must be taken into account so that only radiation induced threshold voltage shifts are measured with a dosimeter. . In stacked RADFETs, the temperature sensitivity is higher than N times the single one (N is the number of stacked RADFETs).

本発明の発明者は、B.オコンネルのグループが作った積層式RADFETの温度感度を彼等のRADFET放射線量計を用いて測定した。10μAの小さい定電流モード用に積層した15のMOSFETでの温度レスポンスは70mV/℃であった。測定温度が+/−1℃に制御された場合、最低測定放射線量は、約5cGYすなわち5Radである。   The inventor of the present invention The temperature sensitivity of the stacked RADFET made by the O'Connell group was measured using their RADFET dosimeter. The temperature response of 15 MOSFETs laminated for a small constant current mode of 10 μA was 70 mV / ° C. When the measurement temperature is controlled to +/− 1 ° C., the minimum measured radiation dose is about 5 cGY or 5 Rad.

G.サラベイルース、D.ブクダール、V.ポリシューク、およびS.シスコスは、Radiation Physics and Chemistry Vol.61,No.3−6,2003,pp737−739で公表された「積層式MOS電界効果型電離性放射線量計:可能性と限界」と題する論文の中で、最低温度係数(MTC)点で積層式RADFETを測定することによって積層式RADFETの温度感度を下げることを提案している。この論文が示しているのは、実はコンピュータ・シミュレーションだけである。MTC点での温度感度や閾値電圧のドリフトは測定されていない。   G. Sara Beluth, D.C. Bukdar, V. Polyshuku, and S.H. Ciscos is a member of Radiation Physics and Chemistry Vol. 61, no. In a paper entitled “Laminated MOS Field Effect Ionizing Radiation Dosimeter: Possibilities and Limitations” published in 3-6, 2003, pp 737-739 It has been proposed to lower the temperature sensitivity of the stacked RADFET by measuring. This paper actually shows only computer simulation. Temperature sensitivity and threshold voltage drift at the MTC point are not measured.

積層式RADFETのもう一つの問題は、場合によって約18ボルトにもなる高い出力電圧である。したがって、オペアンプを用いて放射線によって生じた閾値電圧の小さな変化を増幅することは困難である。   Another problem with stacked RADFETs is the high output voltage, which can be as high as about 18 volts. Therefore, it is difficult to amplify a small change in threshold voltage caused by radiation using an operational amplifier.

本発明では、放射線感度を高めるために、R.H.クロフォード「回路設計におけるMOSFET」、New York:McGraw−Hill,1967という書物に記載されているMOSFETインバータの増幅原理を用いた。   In the present invention, in order to increase the radiation sensitivity, R.I. H. The amplification principle of the MOSFET inverter described in the book Crawford “MOSFET in Circuit Design”, New York: McGraw-Hill, 1967 was used.

従って、本発明の目的は、インバータの増幅原理を適用してミリRadの感度と温度補償性能を有する個人用放射線量計として放射線集積回路を提供することである。
本発明は、0.01cGYから2cGY電離性放射線のきわめて低い線量を測定する固体放射線量計、より詳しくはRADFETまたはMOSFETをベースにした放射線集積回路(RADIC)あるいはRADFETおよび抵抗器をベースにした回路に関する。いずれかのRADICの照射中、基準回路の第一のRADFET(左)はバイアスが外され、インバータ回路の第二のRADFET(右)はバイアスがかけられる。従って、第二のRADFETの閾値電圧は、第一のRADFETのそれよりもかなり高い程度まで線量によって変化する。測定中、第二のRADFET(右)の閾値電圧の変化は、そのインバータ回路によって増幅される。出力電圧の変化は、下の式であらわされるように増幅された差分閾値電圧の変化に等しくなるであろう。
ΔUout=AuΔUt
Accordingly, an object of the present invention is to provide a radiation integrated circuit as a personal radiation dosimeter having milli-Rad sensitivity and temperature compensation performance by applying the amplification principle of an inverter.
The present invention relates to a solid dosimeter that measures very low doses of 0.01 cGY to 2 cGY ionizing radiation, more particularly a radiation integrated circuit (RADIC) based on RADFET or MOSFET or a circuit based on RADFET and resistor. About. During any RADIC irradiation, the first RADFET (left) of the reference circuit is unbiased and the second RADFET (right) of the inverter circuit is biased. Thus, the threshold voltage of the second RADFET varies with dose to a much higher degree than that of the first RADFET. During the measurement, the change in the threshold voltage of the second RADFET (right) is amplified by the inverter circuit. The change in output voltage will be equal to the change in amplified differential threshold voltage as expressed in the equation below.
ΔUout = AuΔUt

従って、本発明は、従来の二重式IGFETおよび積層接続式RADFET放射線量計の低放射線感度の問題を解決するものである。   Accordingly, the present invention solves the problem of low radiation sensitivity of conventional double IGFETs and stacked connection RADFET dosimeters.

本発明の第二の目的は、この放射線集積回路が最小の温度効果を有し、温度変化に対して比較的鈍感であることである。これは、二つのRADFETからの差分閾値電圧を測定することによって達成される。温度が二つのRADFETに及ぼす効果を確実に等しくするために、RADFETとMOSFETまたは二つとRADFETを備えた回路を同じシリコン基板すなわち同じチップで作成する。各RADFETのゲート酸化物の厚さは、好ましくは1μmである。   A second object of the present invention is that this radiation integrated circuit has minimal temperature effects and is relatively insensitive to temperature changes. This is accomplished by measuring the differential threshold voltage from the two RADFETs. In order to ensure that the effects of temperature on the two RADFETs are equal, the RADFET and MOSFET or the circuit with the two and the RADFET are made on the same silicon substrate or chip. The thickness of the gate oxide of each RADFET is preferably 1 μm.

差分閾値電圧を測定できる状態にある二重式IGFET放射線量計を示す。2 shows a dual IGFET dosimeter that is ready to measure a differential threshold voltage. 積層接続式RADFET放射線量計の示度構成を示す。The reading structure of a stacked connection type RADFET radiation dosimeter is shown. 負荷としてMOSFETを有するインバータを示す。An inverter having a MOSFET as a load is shown. 負荷として抵抗器を有するインバータを示す。1 shows an inverter having a resistor as a load. 照射を受け容れる状態にある構成の本発明の基本実施形態のための放射線集積回路の構成図を示す。1 shows a block diagram of a radiation integrated circuit for a basic embodiment of the invention in a configuration that is ready to receive irradiation. FIG. 示度モードにある本発明の基本実施形態のための放射線集積回路の構成図を示す。FIG. 2 shows a block diagram of a radiation integrated circuit for a basic embodiment of the present invention in reading mode. 照射を受け容れる状態にある構成の本発明の第二の実施形態のための放射線回路の構成図を示す。The block diagram of the radiation circuit for 2nd embodiment of this invention of the structure in the state which accepts irradiation is shown. 示度モードにある本発明の第二の実施形態のための放射線回路の構成図を示す。FIG. 4 shows a block diagram of a radiation circuit for a second embodiment of the present invention in reading mode. 本発明の第二の実施形態のためのガンマ線の放射線量に応じた放射線回路のレスポンスを示す。The response of the radiation circuit according to the radiation dose of the gamma ray for 2nd embodiment of this invention is shown.

本発明は、以下の本発明の詳細な説明および添付図面を参照することによってよりよく理解される。
図3は、二つのMOSFETでつくられたインバータを示す。図中、T1は、管理用MOSFETトランジスタであり、T2は、装荷用MOSFETトランジスタである。本発明の背景の部分で参照したR.H.クロフォードの書物からの先行技術にもとづくこのインバータの増幅係数は、下の式で表される。

Figure 2013003094
ただし、βは、下の式であたえられる。
Figure 2013003094
The invention will be better understood by reference to the following detailed description of the invention and the accompanying drawings.
FIG. 3 shows an inverter made of two MOSFETs. In the figure, T1 is a management MOSFET transistor, and T2 is a loading MOSFET transistor. The R.C. referenced in the background section of this invention. H. The amplification factor of this inverter, based on prior art from Crawford's book, is expressed as:
Figure 2013003094
However, β is given by the following equation.
Figure 2013003094

図4は、MOSFETと抵抗器でつくられたインバータを示す。図中、T1は、管理用トランジスタであり、Rは、装荷用抵抗器である。同じくR.H.クロフォードの書物からの先行技術に基くこの第二のインバータの増幅係数は、傾斜の大きさあるいは遷移導電率および装荷抵抗に比例し、下記の式で表される。

Figure 2013003094
ただし、R‖rは、並列接続の装荷抵抗器Rと動的ドレイン抵抗rの等価抵抗である。
Figure 2013003094
FIG. 4 shows an inverter made up of a MOSFET and a resistor. In the figure, T1 is a management transistor, and RD is a loading resistor. R. H. The amplification factor of this second inverter, based on prior art from the Crawford book, is proportional to the magnitude of the slope or the transition conductivity and the loading resistance and is given by
Figure 2013003094
However, R D ‖R d is the equivalent resistance of the loading resistor R D and a dynamic drain resistance r d connected in parallel.
Figure 2013003094

図5は、本発明の基本実施形態を示す。RADFET Q2は、そのゲートG2、ドレインD2、およびソースS2が互いに接続され、さらに共通のソースSに接続されている。RADFET Q1は、そのゲートG1が電池4によってバイアスがかけられ、そのドレインD1およびソースS1が共通のソースSに接続されている。二つのMOSFET Q3およびQ4は、それらのドレインD3およびD4、ゲートG3およびG4、ソースS3およびS4が共通のソースSに接続されている。   FIG. 5 shows a basic embodiment of the present invention. The RADFET Q2 has a gate G2, a drain D2, and a source S2 connected to each other and further connected to a common source S. RADFET Q1 has its gate G1 biased by battery 4 and its drain D1 and source S1 connected to a common source S. The two MOSFETs Q3 and Q4 have their drains D3 and D4, gates G3 and G4, and sources S3 and S4 connected to a common source S.

両RADFET Q1およびQ2ならびに両MOSFET Q3およびQ4は、同じ電離性放射線を受ける。これらのMOSFETは、100nm以下の薄い酸化物の厚さを有し、これらのRADFETは、1μm以下の薄い酸化物の厚さを有する。放射線感度は、酸化物の厚さに比例するため、MOSFETは、RADFETと比べると感度がきわめて低い。バイアスがかけられたRADFET Q1では、バイアスがかけられないRADFET Q2より放射線感度がかなり高いことが分かっている。   Both RADFETs Q1 and Q2 and both MOSFETs Q3 and Q4 receive the same ionizing radiation. These MOSFETs have a thin oxide thickness of 100 nm or less, and these RADFETs have a thin oxide thickness of 1 μm or less. Since the radiation sensitivity is proportional to the thickness of the oxide, the MOSFET is much less sensitive than the RADFET. It has been found that the biased RADFET Q1 is much more sensitive to radiation than the unbiased RADFET Q2.

図6は、示度モードにある本発明の基本実施形態を示す。同図は、放射線量を測定できる状態にある放射線集積回路(さらなるRADIC1)の同じRADFET Q1およびQ2ならびに同じMOSFET Q3およびQ4を示している。二つのRADFETのソースS1およびS2は、互いに接続されて接地されている。RADFET Q2のゲートG2は、それ自身のドレインD2に接続され、このドレインは、RADFET Q1のゲートG1にも接続されている。MOSFET Q3のゲートG3およびドレインD3は、互いに接続されている。MOSFET Q4のゲートG4よびドレインD4も、同じく互いに接続されている。MOSFET Q3のソースS3は、RADFET Q1のドレインD1に接続され、MOSFET Q4のソースS4は、RADFET Q2のドレインD2に接続されている。電源Uddは、二つのMOSFETのドレインD3およびD4に接続されている。二つのMOSFETは、同じものでなければならない。二つのRADFETもやはり同じものでなければならない。二つのMOSFETおよび二つのRADFETは、同じダイで作成される。従って、二つのRADFETは、照射に先立って、同じ温度変化特性、同じ初期閾値電圧、および同じ酸化物電荷をもっていなければならない。二つのMOSFETも、やはり同じ温度特性と同じ閾値電圧をもっていなければならない。RADFET Q1とMOSFET Q3は、RADFET Q1の閾値電圧の変化を増幅させることのできるインバータである。閾値電圧の変化の増幅は、下記の等式であたえられる。

Figure 2013003094
FIG. 6 shows a basic embodiment of the invention in reading mode. The figure shows the same RADFETs Q1 and Q2 and the same MOSFETs Q3 and Q4 of the radiation integrated circuit (further RADIC1) ready to measure radiation dose. The sources S1 and S2 of the two RADFETs are connected to each other and grounded. The gate G2 of RADFET Q2 is connected to its own drain D2, which is also connected to the gate G1 of RADFET Q1. The gate G3 and the drain D3 of the MOSFET Q3 are connected to each other. The gate G4 and the drain D4 of the MOSFET Q4 are also connected to each other. The source S3 of the MOSFET Q3 is connected to the drain D1 of the RADFET Q1, and the source S4 of the MOSFET Q4 is connected to the drain D2 of the RADFET Q2. The power supply U dd is connected to the drains D3 and D4 of the two MOSFETs. The two MOSFETs must be the same. The two RADFETs must also be the same. Two MOSFETs and two RADFETs are made on the same die. Thus, the two RADFETs must have the same temperature change characteristics, the same initial threshold voltage, and the same oxide charge prior to irradiation. The two MOSFETs must also have the same temperature characteristics and the same threshold voltage. The RADFET Q1 and the MOSFET Q3 are inverters that can amplify changes in the threshold voltage of the RADFET Q1. Amplification of the change in threshold voltage is given by the following equation:
Figure 2013003094

RADFETのパラメータが、W1=1200μm、L1=50μm、dox=1μmであり、MOSFETのパラメータが、W2=20μm、L2=2400μm、dox=0.1μmである場合には、閾値電圧の変化の増幅度は、17である。   When the parameters of RADFET are W1 = 1200 μm, L1 = 50 μm, dox = 1 μm, and the parameters of MOSFET are W2 = 20 μm, L2 = 2400 μm, dox = 0.1 μm, the degree of amplification of the change in threshold voltage Is 17.

出力電圧Uoutは、RADFETのドレインD1とD2の間で測定される。照射に先立って、電圧Uoutは、第一の増幅された差分閾値として測定される。照射後、出力電圧Uoutは、再度測定される。出力電圧Uoutは、照射前後の出力電圧の差あるいは受けた放射線量による増幅された差分閾値電圧ΔUに等しい。

Figure 2013003094
The output voltage U out is measured between the drains D1 and D2 of the RADFET. Prior to irradiation, the voltage U out is measured as a first amplified difference threshold. After irradiation, the output voltage U out is measured again. The output voltage U out is equal to the amplified difference threshold voltage .DELTA.U T due to the difference or received radiation amount of the output voltage before and after irradiation.
Figure 2013003094

RADFET Q2およびMOSFET Q4は、インバータと同じ温度およびドリフト特性を有する基準回路である。従って、この放射線集積回路の温度効果は除去されている。   RADFET Q2 and MOSFET Q4 are reference circuits having the same temperature and drift characteristics as the inverter. Therefore, the temperature effect of this radiation integrated circuit is eliminated.

図7は、本発明の第二の実施形態を示す。RADFET Q6のゲートG6、ドレインD6、およびソースS6は互いに接続され、さらに共通のソースS6に接続されている。RADFET Q5は、そのゲートG5が電池4によってバイアスがかけられ、そのドレインD5およびソースS5が共通のソースSに接続されている。   FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. The gate G6, drain D6, and source S6 of RADFET Q6 are connected to each other and further connected to a common source S6. RADFET Q5 has its gate G5 biased by battery 4 and its drain D5 and source S5 connected to a common source S.

両RADFET Q5およびQ6は、同じ電離性放射線を受ける。これらのRADFETは、1μm以下の薄い酸化物の厚さを有する。照射中、RADFET Q5は電池4によってバイアスがかけられ、RADFET Q6は、バイアスが外される。従って、RADFET Q5は、RADFET Q6よりかなり高い放射線感度を有することになる。   Both RADFETs Q5 and Q6 receive the same ionizing radiation. These RADFETs have a thin oxide thickness of 1 μm or less. During irradiation, RADFET Q5 is biased by battery 4 and RADFET Q6 is unbiased. Therefore, RADFET Q5 will have a much higher radiation sensitivity than RADFET Q6.

図8は、示度モードにある本発明の第二の実施形態を示す。図8は、放射線量を測定するために用意された放射線集積回路2(さらなるRADIC2)の同じRADFET Q5およびQ6ならびに同じ抵抗器2および3を示している。二つのRADFETのソースS1およびS2は、互いに接続されて接地されている。RADFET Q6のゲートG6は、それ自体のドレインD6に接続され、このドレインは、RADFET Q5のゲートG5にも接続されている。抵抗器2は、RADFET Q5のドレインD5に接続され、抵抗器3は、RADFET Q6のドレインD6に接続されている。電源Uddは、二つの抵抗器2および3に接続されている。 FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention in the reading mode. FIG. 8 shows the same RADFETs Q5 and Q6 and the same resistors 2 and 3 of the radiation integrated circuit 2 (further RADIC 2) prepared for measuring the radiation dose. The sources S1 and S2 of the two RADFETs are connected to each other and grounded. The gate G6 of RADFET Q6 is connected to its own drain D6, which is also connected to the gate G5 of RADFET Q5. Resistor 2 is connected to drain D5 of RADFET Q5, and resistor 3 is connected to drain D6 of RADFET Q6. The power supply U dd is connected to the two resistors 2 and 3.

二つのRADFET Q5およびQ6は、同じものでなければならず、同じダイで作成される。従って、二つのRADFET Q5およびQ6は、照射に先立って、同じ温度変化特性、同じ初期閾値電圧、および同じ酸化物電荷をもっていなければならない。RADFET Q5と抵抗器2は、RADFET Q5の閾値電圧の変化を増幅させることのできるインバータである。閾値電圧の変化の増幅は、下記の等式であたえられる。

Figure 2013003094
The two RADFETs Q5 and Q6 must be the same and are made of the same die. Thus, the two RADFETs Q5 and Q6 must have the same temperature change characteristics, the same initial threshold voltage, and the same oxide charge prior to irradiation. The RADFET Q5 and the resistor 2 are inverters that can amplify changes in the threshold voltage of the RADFET Q5. Amplification of the change in threshold voltage is given by the following equation:
Figure 2013003094

RADFETのパラメータが、W1=4000μm、L=40μm、R1=1000kΩである場合には、閾値電圧の変化の増幅度は、15である。   When the parameters of the RADFET are W1 = 4000 μm, L = 40 μm, and R1 = 1000 kΩ, the amplification factor of the change in the threshold voltage is 15.

RADFET Q6および抵抗器3は、インバータと同じ温度およびドリフト特性を有する基準回路である。従って、この放射線集積回路の温度効果は最小化されている。RADIC2の測定温度感度は、0.5mV/Cである。   RADFET Q6 and resistor 3 are reference circuits having the same temperature and drift characteristics as the inverter. Therefore, the temperature effect of this radiation integrated circuit is minimized. The measurement temperature sensitivity of RADIC2 is 0.5 mV / C.

出力電圧Uoutは、受けた放射線量による増幅された差分閾値電圧ΔUに等しい。 The output voltage U out is equal to the amplification by received radiation amount difference threshold voltage .DELTA.U T.

この放射線回路(S=ΔUout/D)の放射線感度は、照射中のバイアスがかけられた電圧がUbias=3.3Vの場合は240mV/cGYである。測定された放射線感度を考慮すれば、温度が±1℃に制御される場合には約0.01cGYあるいは10mRadである。 The radiation sensitivity of this radiation circuit (S = ΔU out / D) is 240 mV / cGY when the biased voltage during irradiation is Ubias = 3.3V. Considering the measured radiation sensitivity, it is about 0.01 cGY or 10 mRad when the temperature is controlled to ± 1 ° C.

図9は、放射線集積回路(RADIC2)に関するガンマ線の照射線量に応じた実験出力電圧の変化を示す。   FIG. 9 shows changes in the experimental output voltage according to the irradiation dose of gamma rays for the radiation integrated circuit (RADIC2).

従って、本発明の放射線集積回路(RADIC1およびRADIC2)は、先行技術の二重式IGFET放射線量計および積層接続式RADFET放射線量計より敏感で正確な放射線量計回路であることが理解される。   Thus, it is understood that the radiation integrated circuits (RADIC1 and RADIC2) of the present invention are more sensitive and accurate dosimeter circuits than prior art dual IGFET dosimeters and stacked connection RADFET dosimeters.

特権の独占性を請求する本発明の実施形態は、特許請求の範囲に定義される。   Embodiments of the invention that claim privilege monopoly are defined in the claims.

Claims (9)

各々がゲート、ソース、およびドレインを有し、厚い酸化物を備え同じ基板に集積された一対の放射線電界効果型トランジスタと、
各々がゲート、ソース、およびドレインを有し、薄い酸化物を備え同じ基板に集積された一対の金属酸化物電界効果型トランジスタと、
各金属酸化物電界効果型トランジスタのドレインに電圧をかけるための手段と、
電離性放射線の影響下で第二の放射線電界効果型トランジスタのゲートには順方向のバイアスをかけまた第一の放射線電界効果型トランジスタのゲートにはゼロ・バイアスをかけるための手段と、
放射線集積回路の増幅された差分閾値電圧を測定するための手段と
を有する放射線量計。
A pair of radiation field effect transistors each having a gate, source and drain, comprising a thick oxide and integrated on the same substrate;
A pair of metal oxide field effect transistors each having a gate, source, and drain, comprising a thin oxide and integrated on the same substrate;
Means for applying a voltage to the drain of each metal oxide field effect transistor;
Means for forward biasing the gate of the second radiation field effect transistor and zero biasing the gate of the first radiation field effect transistor under the influence of ionizing radiation;
Means for measuring the amplified differential threshold voltage of the radiation integrated circuit.
各々がゲート、ソース、およびドレインを有し、同じ基板に集積されている一対の放射線電界効果型トランジスタと、
一対の200kΩ以上の同じ抵抗器と、
第一および第二の抵抗器に電圧をかけるための手段と、
電離性放射線の影響下で第二の放射線電界効果型トランジスタのゲートには順方向のバイアスをかけまた第一の放射線電界効果型トランジスタのゲートにはゼロ・バイアスをかけるための手段と、
放射線集積回路の増幅された差分閾値電圧を測定するための手段と
を有する放射線量計。
A pair of radiation field effect transistors each having a gate, source, and drain and integrated on the same substrate;
A pair of the same resistors of 200 kΩ or more,
Means for applying a voltage to the first and second resistors;
Means for forward biasing the gate of the second radiation field effect transistor and zero biasing the gate of the first radiation field effect transistor under the influence of ionizing radiation;
Means for measuring the amplified differential threshold voltage of the radiation integrated circuit.
さらに、
第一の金属酸化物電界効果型トランジスタのドレインをゲートに接続し、第二の金属酸化物電界効果型トランジスタのドレインをゲートに接続するための手段と、
第一の金属酸化物電界効果型トランジスタのドレインおよび第二の金属酸化物電界効果型トランジスタのドレインを電源に接続するための手段と、
第一の放射線電界効果型トランジスタのゲートをドレインに接続するための手段と、
第一の放射線電界効果型トランジスタのドレインを第二の放射線電界効果型トランジスタのゲートに接続するための手段と、
第一の金属酸化物電界効果型トランジスタのソースを第一の放射線電界効果型トランジスタのドレインに接続し、第二の金属酸化物電界効果型トランジスタのソースを第二の放射線電界効果型トランジスタのドレインに接続するための手段と、
両放射線電界効果型トランジスタのドレインの間の増幅された閾値の差を読み取って照射に先立って蓄積された放射線量に対応する初期の増幅された差分閾値を得るための手段と
を有する請求項1に記載の放射線量計。
further,
Means for connecting the drain of the first metal oxide field effect transistor to the gate and connecting the drain of the second metal oxide field effect transistor to the gate;
Means for connecting the drain of the first metal oxide field effect transistor and the drain of the second metal oxide field effect transistor to a power source;
Means for connecting the gate of the first radiation field effect transistor to the drain;
Means for connecting the drain of the first radiation field effect transistor to the gate of the second radiation field effect transistor;
The source of the first metal oxide field effect transistor is connected to the drain of the first radiation field effect transistor, and the source of the second metal oxide field effect transistor is connected to the drain of the second radiation field effect transistor. Means for connecting to,
Means for reading an amplified threshold difference between the drains of both radiation field effect transistors to obtain an initial amplified differential threshold corresponding to the amount of radiation accumulated prior to irradiation. Radiation dosimeter described in 1.
さらに、
電源を第一および第二の抵抗器と接続するための手段、第一の放射線電界効果型トランジスタのゲートとドレインに接続するための手段と、
第一の放射線電界効果型トランジスタのドレインを第二の放射線電界効果型トランジスタのゲートに接続するための手段と、
第一の抵抗器を第一の放射線電界効果型トランジスタのドレインに接続し、第二の抵抗器を第二の放射線電界効果型トランジスタのドレインに接続するための手段と、
第一および第二の放射線電界効果型トランジスタのドレインの間の増幅された閾値の差を読み取って照射後に蓄積された放射線量を得るための手段と
を有する請求項2に記載の放射線量計。
further,
Means for connecting a power supply to the first and second resistors, means for connecting to the gate and drain of the first radiation field effect transistor;
Means for connecting the drain of the first radiation field effect transistor to the gate of the second radiation field effect transistor;
Means for connecting the first resistor to the drain of the first radiation field effect transistor and connecting the second resistor to the drain of the second radiation field effect transistor;
3. A radiation dosimeter according to claim 2, comprising means for reading the amplified threshold difference between the drains of the first and second radiation field effect transistors to obtain the radiation dose accumulated after irradiation.
放射線電界効果型トランジスタおよび金属酸化物電界効果型トランジスタが、アルミニウム・ゲートまたはポリシリコン・ゲートを有する請求項1または3に記載の放射線量計。   4. The radiation dosimeter according to claim 1, wherein the radiation field effect transistor and the metal oxide field effect transistor have an aluminum gate or a polysilicon gate. 放射線電界効果型トランジスタが、アルミニウム・ゲートまたはポリシリコン・ゲートを有する請求項2または4に記載の放射線量計。   The radiation dose meter according to claim 2 or 4, wherein the radiation field effect transistor has an aluminum gate or a polysilicon gate. 放射線電界効果型トランジスタが、約0.5μm以上の酸化物の厚さを有する請求項1または3に記載の放射線量計。   4. The radiation dosimeter according to claim 1, wherein the radiation field effect transistor has an oxide thickness of about 0.5 [mu] m or more. 電離性放射線量を測定する方法において、
(1)二つの放射線電界効果型トランジスタおよび二つの金属酸化物電界効果型トランジスタを有する放射線集積回路1(RADIC1)または二つの放射線電界効果型トランジスタおよび二つの抵抗器を有する放射線集積回路2(RADIC2)の初期の増幅された差分閾値電圧を測定し;
(2)放射線集積回路1および2のために第二の放射線電界効果型トランジスタのゲートに順方向のバイアスをかけまた電離性放射線に被爆している第一の放射線電界効果型トランジスタにはゼロ・バイアスをかけ;
(3)二つの放射線電界効果型トランジスタの間の照射後の増幅された差分閾値電圧を測定し、放射線集積回路に関する増幅度が下記の式であたえられ;
Figure 2013003094
(4)照射前に測定された増幅された差分閾値電圧から照射後に測定された増幅された差分閾値電圧を差し引くこと;
Figure 2013003094
からなる方法。
In a method of measuring ionizing radiation dose,
(1) Radiation integrated circuit 1 (RADIC1) having two radiation field effect transistors and two metal oxide field effect transistors or Radiation integrated circuit 2 (RADIC2) having two radiation field effect transistors and two resistors ) To measure the initial amplified differential threshold voltage;
(2) Zero zero is applied to the first radiation field effect transistor that is biased forward by the gate of the second radiation field effect transistor for radiation integrated circuits 1 and 2 and is exposed to ionizing radiation. Bias;
(3) The amplified differential threshold voltage after irradiation between the two radiation field effect transistors is measured, and the amplification factor for the radiation integrated circuit is given by:
Figure 2013003094
(4) subtracting the amplified differential threshold voltage measured after irradiation from the amplified differential threshold voltage measured before irradiation;
Figure 2013003094
A method consisting of:
放射線集積回路1および2が、17および15に等しい差分閾値電圧の変化の増幅度を有し、これらの値が、金属酸化物電界効果型トランジスタ、放射線電界効果型トランジスタ、および抵抗器のパラメータに応じて2と100の間であり得る請求項1または2に記載の放射線量計。   Radiation integrated circuits 1 and 2 have a differential threshold voltage change amplification equal to 17 and 15, and these values are a parameter for metal oxide field effect transistors, radiation field effect transistors, and resistors. Radiation dosimeter according to claim 1 or 2, which can be between 2 and 100 accordingly.
JP2011137327A 2011-06-21 2011-06-21 Radiation dosimeter Withdrawn JP2013003094A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011137327A JP2013003094A (en) 2011-06-21 2011-06-21 Radiation dosimeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011137327A JP2013003094A (en) 2011-06-21 2011-06-21 Radiation dosimeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013003094A true JP2013003094A (en) 2013-01-07

Family

ID=47671790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011137327A Withdrawn JP2013003094A (en) 2011-06-21 2011-06-21 Radiation dosimeter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013003094A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557329C2 (en) * 2013-12-06 2015-07-20 Федеральное государственное казенное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации Measuring method of dose rate of ionising radiation in wide range of working temperatures
WO2016080360A1 (en) * 2014-11-21 2016-05-26 シャープ株式会社 Detection device
US9817137B2 (en) 2014-01-15 2017-11-14 Sharp Kabushiki Kaisha Energy ray detector
CN112928115A (en) * 2021-01-21 2021-06-08 电子科技大学 Self-compensating gas-sensitive integrated field effect tube structure

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557329C2 (en) * 2013-12-06 2015-07-20 Федеральное государственное казенное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации Measuring method of dose rate of ionising radiation in wide range of working temperatures
US9817137B2 (en) 2014-01-15 2017-11-14 Sharp Kabushiki Kaisha Energy ray detector
WO2016080360A1 (en) * 2014-11-21 2016-05-26 シャープ株式会社 Detection device
CN112928115A (en) * 2021-01-21 2021-06-08 电子科技大学 Self-compensating gas-sensitive integrated field effect tube structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012039078A (en) Radiation dosimeter
US6172368B1 (en) Method of monitoring radiation using a floating gate field effect transistor dosimeter, and dosimeter for use therein
US8080805B2 (en) FET radiation monitor
US8198595B2 (en) Personal dosimeter on the base of radiation integrated circuit
JP2013003094A (en) Radiation dosimeter
Vasović et al. A new microcontroller-based RADFET dosimeter reader
Kelleher et al. A design solution to increasing the sensitivity of pMOS dosimeters: The stacked RADFET approach
Sarrabayrouse et al. MOS ionizing radiation dosimeters: from low to high dose measurement
Briere et al. Evaluation of precalibrated implantable MOSFET radiation dosimeters for megavoltage photon beams
US20220003609A1 (en) Radiation Powered High Dose Rate And High Dose Radiation Sensor
CN114747144A (en) Circuit arrangement and method for charge integration
Zimin et al. Calibration and electric characterization of p-MNOS RADFETs at different dose rates and temperatures
Ashrafi et al. Investigation of sensitivity and threshold voltage shift of commercial MOSFETs in gamma irradiation
Tarr et al. Limitations on MOSFET dosimeter resolution imposed by 1/f noise
Pejovic et al. Sensitivity and fading of pMOS dosemeters irradiated with X-ray radiation doses from 1 to 100 cGy
CA2701535A1 (en) Personal dosimeter on the base of radiation integrated circuit
Monte et al. A method for measuring ionizing radiation dose by analyzing hybrid-π parameters of transistors
Dannheim et al. Design and tests of the silicon sensors for the ZEUS micro vertex detector
US20110036987A1 (en) Dosimeter And Associated Method Of Measuring Radiation
Gorfine et al. Capacitance of silicon pixels
Albergo et al. Optimization of the silicon sensors for the CMS tracker
Fessler et al. An important step forward in continuous spectroscopic imaging of ionising radiations using ASICs
Sarrabayrouse et al. Effects of threshold voltage variability on the characteristics of high sensitivity metal-oxide-semiconductor dosimeters
Jingar et al. Design of programmable current source for MOSFET based gamma dosimetry system
Scott et al. MOS-capacitor-based ionizing radiation sensors for occupational dosimetry applications

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140902