RU110505U1 - Датчик излучения - Google Patents
Датчик излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU110505U1 RU110505U1 RU2011132263/28U RU2011132263U RU110505U1 RU 110505 U1 RU110505 U1 RU 110505U1 RU 2011132263/28 U RU2011132263/28 U RU 2011132263/28U RU 2011132263 U RU2011132263 U RU 2011132263U RU 110505 U1 RU110505 U1 RU 110505U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor according
- buffer layer
- boron nitride
- radiation
- hexagonal boron
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
1. Датчик излучения, содержащий слой нанокластера в виде ленты из графена, расположенной на буферном слое нитрида бора, указанные слои заключены в моноблок с наружным изолирующим покрытием из нейтрального к излучениям материала, причем на концах ленты графена выполнены электроды из проводящего материала. ! 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из, по меньшей мере, одного витка из непрерывной ленты графена с буферным слоем из гексагонального нитрида бора h-BN, при этом со стороны последнего размещена подложка из диэлектрика. ! 3. Датчик по п.2, отличающийся тем, что подложка из диэлектрика выполнена из кремния и покрыта со стороны буферного слоя пленкой оксида кремния Si/SiO2. ! 4. Датчик по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что витки из непрерывной ленты графена с буферным слоем из гексагонального нитрида бора сжаты в гармошку. ! 5. Датчик по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один виток из непрерывной ленты графена на буферном слое из гексагонального нитрида бора выполнен спиральным. ! 6. Датчик по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что лента графена нанесена на буферный слой стабилизатора гексагонального нитрида бора равномерно. ! 7. Датчик по п.3, отличающийся тем, что лента графена на буферном слое гексагонального нитрида бора, а также подложка диэлектрика из Si и пленка оксида кремния SiO2 выполнены сплошными. ! 8. Датчик по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что электроды выполнены из высокопроводящих материалов из группы: медь, серебро, золото. ! 9. Датчик по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что наружное покрытие из нейтрального к излучениям наполнителя выполнено из упругого композитного з
Description
Полезная модель относится к области измерений физических величин, в частности, к измерениям излучений и может быть использовано в детекторах излучений, предназначенных, как для измерения интенсивности радиоактивного излучения, так и для контроля дозы облучения персонала специализированных учреждений. Позволяет использовать датчик излучения в повседневной жизни граждан для индивидуального контроля радиоактивного облучения, и для предупреждения о радиоактивной опасности.
Известны датчики излучения различных конструкций, в том числе, и многослойные, см., например SU №№1229700, 1635706, RU №№2231759, 2388112, 2351038, 2386983, 2413186, US №5216249.
Известно устройство для измерения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения, которое наиболее близко по технической сущности к заявляемому и выбрано нами в качестве прототипа, содержащее многослойный набор плосковидных материалов: 5 слоев - полупроводниковая пластина с двух сторон облегается диэлектрическими сплошными слоями, которые расположены между металлическими сплошными пленками, непрозрачными для излучения, и фиксирующий прибор - нагрузочный резистор и источник питания. Пластина из кремния, слои из двуокиси кремня и пленки выполнены сплошными. К фиксирующему прибору многослойный набор подсоединяется через сплошные металлические пленки. Полезный сигнал на резисторе выделяется, когда сквозной ток, протекающий через пластину, под действием внешней разности потенциалов, соизмерим с приращением тока, вызванного воздействием излучения. Тепловая генерация неравновесных носителей заряда обеспечивает работу устройства в широком спектральном диапазоне, включая диапазон СВЧ, ближнюю и дальнюю инфракрасную области спектра (SU №1229700).
Недостатками устройства являются ограниченность диапазона замеряемых характеристик физического/электромагнитного/поля, сложность изготовления как самих материалов, из которых затем получают различные слои, так и многослойного набора.
Известен детектор нейтронов, содержащий в себе слой, состоящий из вещества, представляющего собой поликристаллический алмаз, нанесенный посредством процесса химического осаждения из газовой фазы, причем вещество, представляющее собой поликристаллический алмаз, содержит в себе достаточное количество бора-10 (10В) в качестве легирующей примеси, обеспечивающее достижение оптимальных параметров регистрации нейтронов посредством детектора (US №5216249).
Недостатками устройства являются ограниченность вида излучения, высокая стоимость изготовления как самих материалов, из которых затем получают различные слои, так и многослойного набора.
Известен детектор нейтронов, содержащий полупроводниковую подложку с омическим контактом к ее тыльной стороне и последовательно расположенные на лицевой стороне подложки друг на друге: изотипный подложке полупроводниковый слой, высокоомный полупроводниковый слой, полупроводниковый слой противоположного подложке типа проводимости и расположенный на этом слое контактный слой, причем последние два слоя выполнены в виде гальванически не связанных областей, он дополнен микроструктурированным слоем из алмаза, расположенным на упомянутом контактном слое и легированным бором до вырождения, на лицевой стороне которого расположен второй контактный слой (RU №2386983).
Недостатками этого устройства также являются ограниченность вида детектируемых излучения (только нейтронного излучения), высокая стоимость изготовления как самих материалов, из которых затем получают различные слои, так и многослойного набора.
Известен многослойный пироэлектрический чувствительный элемент (на температурной зависимости спонтанной поляризации пироэлектриков), содержащий тонкопленочную структуру, сформированную на подложке, по крайней мере, из трех слоев, расположенных один над другим поликристаллических сегнетоэлектрических релаксоров, верхний и нижний электроды, причем верхний электрод нанесен на внешнюю поверхность тонкопленочной структуры, перпендикулярную полярной оси чувствительного элемента, слои поликристаллических сегнетоэлектрических релаксоров сформированы на подложке из керамического электретного материала, содержащей сегнетоэлектрик на основе цирконата титаната свинца с добавкой стекла, причем материал первого слоя сегнетоэлектрического релаксора в направлении от подложки к верхнему электроду имеет состав - 0,75 PbMg1/3Nb2/3O3 - 0,25 РbTiO3 (0,75 PMN - 0,25 PT), материал второго слоя имеет - 0,85 PbMg1/3Nb2/3O3 - 0,15 РbТiO3 (0,85 PMN - 0,15 PT) и материал третьего слоя - 0,925 PbMg1/3Nb2/3O3 - 0,075 РbTiO3 (0,925 PMN - 0,075 PT), при этом нижний электрод нанесен на внешнюю поверхность подложки, перпендикулярную полярной оси чувствительного элемента (RU №2413186).
Недостатками этого устройства также являются ограниченность видов детектируемых излучений (только электромагнитные), высокая стоимость изготовления как самих материалов, из которых затем получают различные слои, так и многослойного набора.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство (датчик) для измерения параметров внешнего воздействия на среду или объект, содержащее источник электромагнитного излучения, твердотельную структуру, состоящую из нанесенной на подложку металлической пленки для возбуждения в последней поверхностной электромагнитной волны, объем с эталонной чувствительной средой, расположенный со стороны металлической пленки упомянутой структуры, и блок обработки информации, подложка выполнена из полупроводникового материала, а входы блока обработки информации связаны с металлической пленкой и подложкой (RU №2021590, прототип).
Недостатками этого устройства также являются ограниченность видов детектируемых излучений (только электромагнитные), высокая стоимость изготовления как самих материалов, из которых затем получают различные слои, так и многослойного набора.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного высокочувствительного универсального датчика излучения, а также расширение арсенала датчиков излучения.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в расширении функциональных возможностей по измерению излучений различных видов за счет использования слоя вещества, чувствительного к различным видам излучений и обладающего высокой электро и теплопроводностью, с одновременным снижением конструктивной сложности и себестоимости.
Сущность полезной модели заключается в том, что датчик излучения содержит слой нанокластера в виде ленты из графена расположенной на буферном слое нитрида бора, указанные слои заключены в моноблок с наружным изолирующим покрытием из нейтрального к излучениям материала, причем на концах ленты графена выполнены электроды из проводящего материала.
Датчик выполнен из, по меньшей мере, одного витка из непрерывной ленты графена с буферным слоем из гексагонального нитрида бора h-BN, при этом со стороны последнего размещена подложка из диэлектрика.
Предпочтительно подложка из диэлектрика выполнена из кремния и покрыта со стороны буферного слоя пленкой оксида кремния Si/SiO2, витки из непрерывной ленты графена с буферным слоем из гексагонального нитрида бора сжаты в гармошку или, по меньшей мере, один виток из непрерывной ленты графена на буферном слое из гексагонального нитрида бора выполнен спиральным.
При этом лента графена нанесена на буферный слой стабилизатора гексагонального нитрида бора равномерно, лента графена на буферном слое гексагонального нитрида бора, а также подложка диэлектрика из Si и пленка оксида кремния SiO2 выполнены сплошными, электроды выполнены из высоко проводящих материалов из группы: медь, серебро, золото, наружное покрытие из нейтрального к излучениям наполнителя выполнено из упругого композитного затвердевающего материала, например эпоксидной смолы.
На чертеже изображена конструктивная схема датчика излучения, в котором виток из ленты графена сжат в гармошку.
Датчик излучения содержит слой нанокластера (нанокластер - наноструктура, хотя бы один характерный размер которой находится в пределах 1-10 нм) в виде ленты 2 из графена, расположенной на буферном стабилизирующем слое 3 гексагонального нитрида бора h-BN. Указанные слои заключены в моноблок с наружным изолирующим покрытием 1 из нейтрального к излучениям материала (композитный затвердитель). На концах ленты 2 графена выполнены электроды 6 из высоко проводящего материала. Датчик выполнен из, по меньшей мере, одного витка из непрерывной ленты 2 графена с буферным слоем 3, при этом со стороны последнего размещена подложка 4 из диэлектрика.
Подложка 4 из диэлектрика Si/SiO2 выполнена из кремния Si и покрыта со стороны буферного слоя пленкой 5 оксида кремния SiO2.
Витки из непрерывной ленты 2 графена с буферным слоем 3 из гексагонального нитрида бора сжаты в гармошку (на чертеже) или, по меньшей мере, один виток из непрерывной ленты 2 графена на буферном слое 3 из гексагонального нитрида бора выполнен спиральным (не изображено).
Лента 2 графена нанесена на буферный слой 3 гексагонального нитрида бора равномерно.
Лента 2 графена на буферном слое 3 гексагонального нитрида бора, а также подложка 4 диэлектрика Si и пленка 5 оксида кремния SiO2 выполнены сплошными.
Электроды 6 выполнены из высоко проводящих материалов из группы: медь, серебро, золото.
Наружное покрытие 1 из нейтрального к излучениям наполнителя выполнено из упругого композитного затвердевающего материала, например эпоксидной смолы.
Подложка 4 из кремния - Si, покрытая пленкой 5 из оксида кремния - SiO2 предназначена для придания жесткости конструкции датчика излучения. Это вызвано тем, что при промышленном производстве кремния технической чистоты 98-99.9%, последний получается восстановлением расплава SiO2 при температуре около 1800 С и имеет поверхностное пленочное покрытие из оксида кремния SiO2. Благодаря оксидной пленке SiO2 кремний становится устойчивым даже на воздухе при повышенной температуре.
Ранее для получения графена и экспериментов над ним, Нобелевских лауреатов K.S.Novoselov et al., Science 306, 666 (2004), в частности, использовалась только подложка Si/SiO2. Однако, позже в работе C.R.Dean et al., Nature Nanotech. 5, 722 (2010) было показано, что в качестве буферного слоя, отделяющего Si/SiO2 от графена более выгодно применять пленку гексагонального нитрида бора (h-BN) толщиной ~10 нм как стабилизатор графена. Периоды решетки графена и гексаганального нитрида бора h-BN различаются всего лишь на 1.7%, так что структурное несоответствие очень незначительно, а поверхность h-BN является плоской с атомарной точностью и не содержит дефектов типа "болтающихся" (ненасыщенных) связей или заряженных примесей. Все это приводит к резкому улучшению электрических характеристик. Так, например, подвижность носителей в графене на h-BN/SiO2 оказывается почти на порядок больше, чем в графене на SiO2.
Датчик излучения работает следующим образом.
При отсутствии излучения на электродах 6 напряжение отсутствует, поскольку присутствует полная симметрия между электронами и дырками в кристаллической структуре графена ленты 2. При этом в режиме молчания датчик не потребляет энергии. При воздействии излучения на ленту 2 графен проявляет специфические, в отличие от других двумерных систем, электрофизические свойства. При этом происходит деформация кристаллической решетки графена и активация электронов, равномерно распределенных в кристаллической решетке ленты 2. Поскольку графен представляет собой двумерную аллотропную модификацию углерода, образованную слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в sp2-гибридизации и соединенных посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решетку и, в тоже время, графен является двумерным газом, даже незначительное движение электронов позволяет формироваться на электродах 6 току, достаточному для детектирования наличия и величины излучения практически любого вида - электромагнитных полей или жесткого Альфа, Бета, Гамма, рентгеновского и нейтронного излучения.
Выполнение ленты 2 с витками (в гармошку или спиральными) позволяет усиливать протекающий ток за счет индукции и, тем самым, увеличить чувствительность датчика при различных видах излучений благодаря фиксации большего количества излучения в единице объема катушки (гармошки или спирали).
При этом слой 4 диэлектрика Si/SiO2 обеспечивает электрическое разобщение слоев (витка ленты 2) графена друг от друга, не допуская поверхностных межслойных эффектов, электрических пробоев и т.д. Слой 3 буфера и стабилизатора позволяет сохранять структуру ленты 2 на подложке диэлектрика Si/SiO2 в устойчивом равновесном состоянии кристаллической решетки графена, при котором атомы углерода создают правильную двухмерную кристаллическую структуру, которую следует зафиксировать во время изготовления и стабилизировать на весь срок службы, не допуская тем самым, изменения характеристик датчика во времени.
Так как величина тока зависит от вида излучения, может быть произведено определение вида излучения, так как удается реализовать квантовый эффект Холла (эффект квантования холловского сопротивления или проводимости двумерного электронного газа в сильных магнитных полях) при комнатной температуре.
Поскольку графен обладает исключительно высокой теплопроводностью и может служить теплоотводом в современных интегральных схемах, в которых разогрев уже давно является серьезной проблемой, что позволяет использовать датчик без специального охлаждения.
Использование в качестве подложки диэлектрика Si/SiO2 и буферной пленки стабилизатора 3 гексагонального нитрида бора h-BN обеспечивает наиболее равномерное нанесение ленты 2. Это придает заявляемому датчику более устойчивые электрические характеристики измерения излучения, и устраняет излишние «шумовые» эффекты (помехи), которые могли бы возникнуть при наличии неоднородности ленты 2 графена при непосредственном размещении ее на подложку Si/SiO2. Так же, использование в качестве буферной пленки стабилизатора подложки 3 гексагонального нитрида бора, обладающего высоким сопротивлением окислению и антиадгезионными свойствами по отношению ко многим жидким металлам и сплавам, позволяет полностью реализовать специфические электрофизические свойства графена ленты 2.
Графен обладает такими преимуществами, как более низкая стоимость (из-за меньшей энергоемкости и сложности производства), большая эффективная площадь поверхности и относительная безопасность (он является планарной, протяженной структурой, что затрудняет преодоление биологических барьеров), что позволяет использовать датчик излучения в качестве основы массового индивидуального дозиметра-радиометра.
Таким образом, создан эффективный высокочувствительный универсальный датчик излучения, а также расширен арсенал датчиков излучения.
При этом расширены функциональные возможности по измерению излучений различных видов за счет использования слоя вещества, чувствительного к различным видам излучений и обладающего высокой электро и теплопроводностью (графена с буферной пленкой стабилизатором из гексаганального нитрида бора на подложке Si/SiO2), с одновременным снижением конструктивной сложности и себестоимости, а также обеспечением высокой чувствительности датчика.
Датчик пригоден для встраивания в любой карманный или носимый прибор: сотовый телефон, смартфон, часы, шагомер и т.д.
Claims (9)
1. Датчик излучения, содержащий слой нанокластера в виде ленты из графена, расположенной на буферном слое нитрида бора, указанные слои заключены в моноблок с наружным изолирующим покрытием из нейтрального к излучениям материала, причем на концах ленты графена выполнены электроды из проводящего материала.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из, по меньшей мере, одного витка из непрерывной ленты графена с буферным слоем из гексагонального нитрида бора h-BN, при этом со стороны последнего размещена подложка из диэлектрика.
3. Датчик по п.2, отличающийся тем, что подложка из диэлектрика выполнена из кремния и покрыта со стороны буферного слоя пленкой оксида кремния Si/SiO2.
4. Датчик по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что витки из непрерывной ленты графена с буферным слоем из гексагонального нитрида бора сжаты в гармошку.
5. Датчик по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один виток из непрерывной ленты графена на буферном слое из гексагонального нитрида бора выполнен спиральным.
6. Датчик по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что лента графена нанесена на буферный слой стабилизатора гексагонального нитрида бора равномерно.
7. Датчик по п.3, отличающийся тем, что лента графена на буферном слое гексагонального нитрида бора, а также подложка диэлектрика из Si и пленка оксида кремния SiO2 выполнены сплошными.
8. Датчик по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что электроды выполнены из высокопроводящих материалов из группы: медь, серебро, золото.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011132263/28U RU110505U1 (ru) | 2011-08-01 | 2011-08-01 | Датчик излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011132263/28U RU110505U1 (ru) | 2011-08-01 | 2011-08-01 | Датчик излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU110505U1 true RU110505U1 (ru) | 2011-11-20 |
Family
ID=45317108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011132263/28U RU110505U1 (ru) | 2011-08-01 | 2011-08-01 | Датчик излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU110505U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103374751A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 具有微构造的外延结构体的制备方法 |
-
2011
- 2011-08-01 RU RU2011132263/28U patent/RU110505U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103374751A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 清华大学 | 具有微构造的外延结构体的制备方法 |
CN103374751B (zh) * | 2012-04-25 | 2016-06-15 | 清华大学 | 具有微构造的外延结构体的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhu et al. | High-performance self-powered/active humidity sensing of Fe-doped ZnO nanoarray nanogenerator | |
Chen et al. | Liu | |
US11683985B2 (en) | Thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion device | |
Mandrus et al. | Electronic transport in lightly doped CoSb 3 | |
Yigen et al. | Wiedemann–Franz relation and thermal-transistor effect in suspended graphene | |
Hsueh et al. | CuO nanowire-based humidity sensors prepared on glass substrate | |
US7963148B2 (en) | Gas sensor made of field effect transistor based on ZnO nanowires | |
Choi et al. | Large voltage generation of flexible thermoelectric nanocrystal thin films by finger contact | |
Kudo et al. | Determining the thermal conductivity of nanocrystalline bismuth telluride thin films using the differential 3 ω method while accounting for thermal contact resistance | |
US20160035958A1 (en) | Manufacturing process of the thermoelectric conversion element | |
Lee et al. | An enhanced gas ionization sensor from Y-doped vertically aligned conductive ZnO nanorods | |
Patil et al. | Impedimetric humidity sensor based on α-Fe2O3 nanoparticles | |
Kojima et al. | Giant Seebeck effect in pure fullerene thin films | |
Van Duy et al. | Effective hydrogen gas nanosensor based on bead-like nanowires of platinum-decorated tin oxide | |
Tsiulyanu et al. | Effect of annealing and temperature on the NO2 sensing properties of tellurium based films | |
Guo et al. | Thermoelectric performance of Cr doped and Cr–Fe double-doped higher manganese silicides with adjusted carrier concentration and significant electron–phonon interaction | |
Choo et al. | A novel self-heating zinc oxide/indium tin oxide based hydrogen gas sensor: dual sensing mode of hydrogen gas detection | |
Wang et al. | Measuring nanowire thermal conductivity at high temperatures | |
Narjis et al. | Design of a simple apparatus for the measurement of the seebeck coefficient | |
RU110505U1 (ru) | Датчик излучения | |
Hokazono et al. | Effect of Cu substitution on thermoelectric properties of Ge clathrates | |
Abdi et al. | Thermoelectric properties of monolayer MoS2 in the presence of magnetic field and electron/hole doping by using the Holstein model | |
CN112595750B (zh) | 一种基于瞬态平面热源的近场热辐射探测器及测量方法 | |
Li et al. | Pyroelectricity induced by Schottky interface above the Curie temperature of bulk materials | |
Mardare et al. | Anodization behavior of glassy metallic hafnium thin films |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180802 |