PL226932B1 - Detektor przepływowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest przepływowy detektor promieniowania jonizującego, zwłaszcza detektor cząstek alfa.

Z opisu patentu PL 212835 znany jest przepływowy detektor promieniowania, który posiada strukturę detektorową umieszczoną wewnątrz ceramicznej obudowy. Badane medium zawierające substancję promieniotwórczą, wprowadzane jest do obudowy gdzie prowadzona jest analiza a wynik tej analizy jest za pomocą elektrycznych połączeń drutowych przekazywany na zewnątrz.

Ze względów technologicznych znane czujniki tego rodzaju, mają obudowy dwudzielne. W zależności od potrzeb struktura detektorowa umieszczana jest w jednej części obudowy lub w obydwu częściach, po czym obudowa jest zespalana. W zależności od przeznaczenia detektora, struktury detekcyjne mogą być dodatkowo powlekane odpowiednimi materiałami czy odpowiednimi warstwami, mogą też pozostać odkryte.

Istotną wadą takich detektorów jest występowanie powierzchni nieaktywnej, tzw. powierzchni martwej, którą stanowią boczne ścianki obudowy oraz brzegowe części struktur detektorowych.

Detektor przepływowy według wynalazku posiada kanał przez który przepływa badany gaz lub ciecz oraz co najmniej jedną strukturę detekcyjną. W detektorze tym przynajmniej część kanału przez który przepływa badany gaz lub ciecz, znajduje się w tym samym elemencie półprzewodnikowym co struktura detekcyjna, znajdująca się na zewnątrz kanału przepływowego, po przeciwnej stronie elementu półprzewodnikowego niż kanał.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, który przedstawia detektor w przekroju poprzecznym. Przykładowy detektor przepływowy jest krzemowym detektorem dwuelementowym i przeznaczony jest do detekcji cząstek alfa o energii do 16 MeV.

Detektor ten składa się z dwóch, bliźniaczych, połączonych ze sobą elementów krzemowych 1 i 2, wyciętych z płytek krzemowych o typie przewodnictwa v (n^-) o grubości 0,5 mm. W płytkach krzemowych, przed pocięciem na elementy, najpierw zostały wytrawione po jednej stronie, wgłębienia, o głębokości 0,3 mm i szerokości 10 mm, które po podzieleniu płytek na elementy i połączeniu tych elementów utworzą kanał 3. Od strony tych wgłębień (części kanału), na całej powierzchni płytek/elementów znajduje się obszar 4 o typie przewodnictwa n+ (katoda), o grubości 5 μm, wytworzony techniką dyfuzji fosforu. Na stronie przeciwległej do wytrawionej części kanału 3, w elementach 1 i 2, znajdują się obszary 6 o typie przewodnictwa p+ (obszar anody), o grubości 0,8 μm tworzące struktury detekcyjne. Obszary te wytworzone zostały techniką dyfuzji boru, w prostokątnych oknach wytrawionych uprzednio w warstwie izolacyjnej (SiO2) 5 pokrywającej powierzchnię płytek krzemowych. W obszarach tych powstały złącza p+-v. Szerokość obszarów 6 wynosi 11 mm - jest większa od szerokości kanału o 0,5 mm (o grubość płytki) z każdej strony. Długość obszarów 6 wynosi 9 mm - jest z każdej strony mniejsza o 0,5 mm od długości elementu po wycięciu z płytki. Powierzchnia obszarów 6 pokryta jest warstwą aluminium 7, tworzącą kontakty elektryczne, do obszarów 6 (kontakty anody). Ponadto, na powierzchni elementów krzemowych 1 i 2 od strony kanału, znajdują się kontakty 8 do obszaru n⁺ (katody). Kontakty te zostały, wykonane przez osadzenie warstwy aluminium o grubości 1 μm na całej powierzchni płytek krzemowych od strony kanału (przed pocięciem na elementy), a n astępnie usunięcie tej warstwy (selektywne wytrawienie) z obszaru kanału.

Po wycięciu elementów z płytek i połączeniu ich stronami, na których znajdują się wgłębienia kanałowe, powstaje przepływowy kanał (przewód gazowy) 3 o przekroju 10 x 0,6 mm i długości 10 mm.

Do tego przewodu zostaje doprowadzany gaz nośny, w przykładzie jest to hel zawierający atomy badanych pierwiastków promieniotwórczych. Gaz ten przepływa przez kanał a promieniowanie jonizujące, emitowane przez atomy transportowane w gazie nośnym wnika do krzemu.

W detektorze według wynalazku detekcja cząstek alfa odbywa się w strukturze znajdującej się w elemencie krzemowym 1, po przeciwległej do kanału 3 stronie czyli nad kanałem i w strukturze znajdującej się elemencie krzemowym 2 po przeciwległej stronie kanału 3, czyli pod kanałem. Nośniki ładunku generowane w krzemie przez absorbowane promieniowanie (głównie cząstki alfa) są rozdzielane przez złącze p⁺-v, powodując powstanie sygnału elektrycznego. W detektorze tym, aktywne są również znajdujące się po bokach kanału 3 obszary krzemowych elementów 1 i 2, ponieważ nośniki ładunku generowane obszarach bocznych kanału pod wpływem promieniowania, podobnie jak nośniki generowane nad i pod kanałem są rozdzielane przez złącze p⁺-v struktury 1 lub 2 i również wywołują sygnał elektryczny.

Claims (2)

1. Detektor przepływowy posiadający kanał przez który przepływa badany gaz lub ciecz oraz co najmniej jedną strukturę detekcyjną, znamienny tym, że przynajmniej część kanału (3) przez który przepływa badany gaz lub ciecz, znajduje się w tym samym elemencie półprzewodnikowym (1) lub (2) co struktura detekcyjna.

2. Detektor przepływowy według zastrz. 1, znamienny tym, że struktura detekcyjna znajduje się na zewnątrz kanału przepływowego (3), korzystnie po przeciwnej stronie elementu półprzewodnikowego niż kanał (3).