PL211633B1 - Hybrydowa matryca detektorowa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowa matryca detektorowa, zwłaszcza matryca posiadająca kilka monolitycznych struktur kilku- (wielo-) elementowych, a stosowana do detekcji promieniowania optycznego (matryca fotodetektorowa) lub promieniowania jonizującego.

Powierzchnia obszaru czynnego matrycy lub inaczej powierzchnia aktywna jest wyznacznikiem zastosowania. Dla niektórych zastosowań wystarczą wieloelementowe struktury monolityczne dla innych nie. Jeżeli wymagania co do wielkości obszaru czynnego matrycy mogą być zrealizowane na materiale wyjściowym w postaci płytki półprzewodnikowej o określonej powierzchni to mamy do czynienia z wieloelementową strukturą monolityczną. Jeżeli natomiast określone zastosowanie wymaga obszaru czynnego o powierzchni przekraczającej powierzchnię wyjściowej płytki półprzewodnikowej to zachodzi potrzeba łączenia jedno, czy wielo-elementowych struktur monolitycznych w większe zespoły (matryce).

Znane matryce detektorowe stosowane do badania promieniowania jonizującego, wykonane są w postaci komory o dużych wymiarach, przekraczających czasami kilka metrów. Matryce liniowe często wykonywane są w postaci prostopadłościennego kanału o długość kilkunastu czy kilkudziesięciu cm. (np. 32 cm) i na dwóch przeciwległych ścianach posiadają ułożone szeregowo struktury detektorowe. W niektórych znanych rozwiązaniach, na długoś ci matrycy czasami rozmieszczonych jest kilkadziesią t struktur.

Matryce detektorowe o dużej powierzchni (większej od wymiarów płytek półprzewodnikowych stanowiących materiał wyjściowy) mogą być wytwarzane tylko poprzez składanie z dyskretnych detektorów. Matryca zbudowana z dyskretnych detektorów, umieszczonych we wspólnej obudowie nazywana jest matrycą hybrydową.

Ponieważ, w zależności od przeznaczenia wymiary matrycy są różne, różna jest też konfiguracja struktur. Na przykład w matrycach liniowych, na długości matrycy mogą znajdować się umieszczona szeregowo pojedyncze struktury detektorowe lub też umieszczone także szeregowo monolityczne struktury zawierające po kilka detektorów (np. po cztery lub sześć).

Istotnym problemem w matrycach tego typu jest powierzchnia nieaktywna (martwa) znajdująca się na połączeniu struktur. Zmniejszanie powierzchni nieaktywnej jest rozwiązywane poprzez optymalizację konstrukcji samej matrycy oraz przez zabiegi technologiczne w procesie wytwarzania struktur. Dzięki tym zabiegom w strukturach monolitycznych możliwe jest uzyskanie bardzo małej, a w przypadku matrycy liniowej, równej zero powierzchni nieaktywnej. Możliwe jest to dlatego, że nośniki ładunku generowane przez promieniowanie w obszarach pomiędzy elementami matrycy rozdzielane są przez sąsiednie elementy (najczęściej złącza p-n) matrycy, przy czym ich udział w tworzeniu sygnału sąsiednich elementów jest proporcjonalny do odległości miejsca generacji od granicy tych elementów. Występowanie obszaru nieaktywnego (martwego) w matrycy hybrydowej budowanej z pojedynczych struktur, wynika z wprowadzania do półprzewodnika w czasie dzielenia płytki na struktury, w bezpośredniej bliskości linii cięcia, defektów i naprężeń mechanicznych, powodujących znaczne zmniejszenie czasu życia nośników w obszarze zdefektowanym. Nośniki ładunku generowane w tym obszarze nie biorą udziału w tworzeniu sygnału, ponieważ rekombinują szybciej niż zostaną rozdzielone. Dodatkowo konieczne jest odsunięcia granicy złączy p-n od brzegu struktury tak, aby obszar ich ładunku przestrzennego, przy maksymalnym napięciu pracy, nie stykał się z obszarem uszkodzonym w czasie cięcia.

Zmniejszenie obszaru nieaktywnego matrycy hybrydowej można uzyskać poprzez zastosowanie kilkuelementowych monolitycznych struktur detektorowych. Obszar „martwy występuje w takiej konstrukcji tylko w miejscu łączenia struktur monolitycznych a więc znacznie rzadziej niż w matrycach hybrydowych złożonych ze struktur pojedynczych.

Wadą takiego rozwiązania, pomimo zmniejszenia obszaru „martwego, jest występowanie w dalszym ciągu obszarów nieaktywnych, uniemożliwiających obserwowanie w sposób ciągły położ enia plamki świetlnej w matrycy fotodetektorowej czy też rozkładu przestrzennego atomów pierwiastków promieniotwórczych w matrycy detektorów promieniowania jądrowego.

Celem wynalazku jest polepszenie własności detekcyjnych matrycy hybrydowej poprzez wyeliminowanie lub też znaczne ograniczenie występowania w jej konstrukcji obszarów nieaktywnych.

Hybrydowa matryca detektorowa według wynalazku posiada obudowę wewnątrz której znajdują się umieszczone w rzędach wieloelementowe struktury detektorowe. W matrycy tej miejsce połączenia wieloelementowych (monolitycznych) struktur detektorowych w jednym rzędzie, korzystnie na jednej

PL 211 633 B1 ścianie, jest przesunięte w stosunku do miejsca połączenia struktur wieloelementowych (monolitycznych) w rzędzie sąsiadującym. Najlepiej jeżeli połączenie przesunięte jest o całkowitą wielokrotność modułu matrycy.

Matryca według wynalazku znacznie zmniejsza, a dla niektórych zastosowań, całkowicie eliminuje obszary nieaktywne. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwa jest ciągła obserwacja położenia plamki świetlnej w matrycy fotodetektorowej, jak również możliwe jest także badanie w sposób ciągły rozkładu przestrzennego atomów pierwiastków promieniotwórczych.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, który przedstawia schematycznie konstrukcję matrycy w przekroju podłużnym.

W przykładzie posłużono się przepływową matrycą chromatograficzną zbudowaną z 64 detektorów cząstek α o energii do 12 MeV. Matryca taka służy do wykrywania, identyfikacji i określania rozkładu przestrzennego atomów pierwiastków z grupy trahsuranowców w gazie nośnym przez tą przepływającym.

Matryca ta składa się z dwudzielnej obudowy w postaci dwóch paneli 1 i 2. W każdym z paneli umieszczone są w rzędzie po 32 detektory, w układzie zasilania ze wspólną katodą. Anody detektorów wyprowadzone są na zewnątrz (po 32 anody z każdego panelu) przez przepusty metalowo-szklane. Panele są skręcone śrubami, tworząc hermetyczny przewód gazowy 3 o przekroju 10 x 0,6 mm, i długości 320 mm „wyłożony z obydwu stron strukturami detektorowymi. Uszczelnienie obudowy realizowane jest przez ściśnięcie (rozgniecenie) uszczelki indowej 4, umieszczonej w specjalnym kanale jednego z paneli. Przez przewód gazowy, pomiędzy strukturami detektorowymi, oddalonymi od siebie o 0,6 mm, przepuszczany jest gaz nośny (najczęściej hel) zawierający atomy pierwiastków promieniotwórczych. Gaz doprowadzany jest przez wspawane rurki 5.

W matrycy według wynalazku zmniejszenie obszaru nieaktywnego uzyskano poprzez zastosowanie monolitycznych wieloelementowych struktur detektorowych i odpowiednie ich rozmieszczenie. W pierwszym panelu 1 matrycy umieszczono osiem monolitycznych struktur 4-elementowych 6 o wymiarach 4 x 1 cm². W drugim panelu 2 matrycy umieszczono siedem struktur 4-elementowych 6 oraz dwie struktury 2-elementowe 7 o wymiarach 2 x 1 cm². Dzięki temu, obszary nieaktywne występujące w miejscu 8 łączenia hybrydowego struktur są przesunięte o pół długości struktury, co zapewnia możliwość detekcji cząstek α wzdłuż całej długości matrycy.

Claims (2)

1. Hybrydowa matryca detektorowa, posiadająca obudowę wewnątrz której znajdują się umieszczone w rzędach wieloelementowe struktury detektorowe, znamienna tym, że miejsce połączenia wieloelementowych (monolitycznych) struktur detektorowych w jednym rzędzie, korzystnie na jednej ścianie, jest przesunięte w stosunku do miejsca połączenia struktur wieloelementowych (monolitycznych) w rzędzie sąsiadującym.

2. Hybrydowa matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że miejsca połączenia struktur wieloelementowych (monolitycznych) jednego rzędu w stosunku do miejsca połączenia struktur wieloelementowych (monolitycznych) rzędu sąsiadującego jest przesunięte o całkowitą wielokrotność modułu