RU2019130429A - Рентгеновский и гамма-лучевой фотодиод - Google Patents

Рентгеновский и гамма-лучевой фотодиод Download PDF

Info

Publication number
RU2019130429A
RU2019130429A RU2019130429A RU2019130429A RU2019130429A RU 2019130429 A RU2019130429 A RU 2019130429A RU 2019130429 A RU2019130429 A RU 2019130429A RU 2019130429 A RU2019130429 A RU 2019130429A RU 2019130429 A RU2019130429 A RU 2019130429A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
photons
specified
photodiode
gamma
Prior art date
Application number
RU2019130429A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2797929C2 (ru
RU2019130429A3 (ru
Inventor
Анна Меган БАРНЕТТ
Сильвия БУТЕРА
Original Assignee
Дзе Юниверсити Оф Сассекс
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 Дзе Юниверсити Оф Сассекс filed Critical Дзе Юниверсити Оф Сассекс
Publication of RU2019130429A publication Critical patent/RU2019130429A/ru
Publication of RU2019130429A3 publication Critical patent/RU2019130429A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2797929C2 publication Critical patent/RU2797929C2/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/244—Auxiliary details, e.g. casings, cooling, damping or insulation against damage by, e.g. heat, pressure or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/247—Detector read-out circuitry
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21H—OBTAINING ENERGY FROM RADIOACTIVE SOURCES; APPLICATIONS OF RADIATION FROM RADIOACTIVE SOURCES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; UTILISING COSMIC RADIATION
    • G21H1/00—Arrangements for obtaining electrical energy from radioactive sources, e.g. from radioactive isotopes, nuclear or atomic batteries
    • G21H1/12—Cells using conversion of the radiation into light combined with subsequent photoelectric conversion into electric energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14658—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0203—Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14694—The active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Claims (41)

1. Фотодиод для использования при обнаружении рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, содержащий InGaP, расположенный и выполненный с возможностью поглощения рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, падающего на этот фотодиод, и генерирования носителей заряда в ответ на это.
2. Фотодиод по п. 1, содержащий корпус или экран, расположенный и выполненный с возможностью предотвращения попадания фотонов, отличных от фотонов рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, на InGaP, и/или расположенный и выполненный с возможностью предотвращения попадания радиоактивных бета- и/или альфа-частиц на InGaP.
3. Фотодиод по п. 2, в котором корпус или экран изготовлен из металла, в частности из металлической фольги.
4. Фотодиод по пп. 1, 2 или 3, содержащий PIN-переход или p-n-переход, образованный указанным InGaP.
5. Фотодиод по п. 4, в котором i-слой PIN-перехода имеет следующую толщину: ≥ 5 мкм, ≥ 10 мкм, ≥ 15 мкм, ≥ 20 мкм, ≥ 25 мкм, ≥ 30 мкм, ≥ 35 мкм, ≥ 40 мкм, ≥ 45 мкм или ≥ 50 мкм.
6. Фотодиод по п. 4 или 5, в котором p-слой и/или n-слой PIN-перехода имеют следующую толщину: ≤ 0,5 мкм, ≤ 0,4 мкм, ≤ 0,3 мкм, ≤ 0,2 мкм или ≤ 0,1 мкм.
7. Фотодиод по любому из пп. 4, 5 и 6, содержащий электрод на каждой стороне PIN-перехода или p-n-перехода для подачи напряжения на указанный переход и/или для измерения фотогенерируемых носителей заряда, генерируемых в указанном переходе, причем по меньшей мере один из указанных электродов не покрывает участок стороны указанного перехода, на которой он расположен, так что обеспечивается возможность прохождения рентгеновского излучения и/или гамма-излучения в указанный переход через указанную сторону без прохождения через указанный по меньшей мере один электрод.
8. Фотодиод по п. 7, в котором указанный по меньшей мере один электрод является кольцевым, имеет отверстие, имеет выемку или является встречно-штыревым, так что он не полностью покрывает указанную сторону и обеспечивает возможность прохождения указанного рентгеновского излучения и/или гамма-излучения в указанный переход без прохождения через материал, образующий указанный электрод.
9. Фотодиод по любому из пп. 4-8, содержащий источник напряжения, выполненный и настроенный с возможностью подачи напряжения обратного смещения на указанный PIN-переход или p-n-переход, причем указанное напряжение составляет ≥ 2 В, ≥ 3 В, ≥ 4 В, ≥ 4,5 В или ≥ 5 В.
10. Фотодиод по любому из предыдущих пунктов, в котором InGaP представляет собой кристаллическую структуру, имеющую структурный состав In0.5Ga0.5P.
11. Фотодиод по любому из предыдущих пунктов, имеющий мезадиодную структуру.
12. Фотодиод по любому из пп. 1-10, в котором InGaP-материал обеспечен внутри по существу плоской структуры, содержащей контакты Шоттки, и/или в котором была осуществлена имплантация ионов в устройство с образованием областей электрического сопротивления.
13. Детектор рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, содержащий фотодиод по любому из предыдущих пунктов, а также содержащий электронную схему для обработки электрического сигнала, генерируемого фотодиодом, для определения того, обусловлен ли указанный электрический сигнал по меньшей мере частично генерированием указанных фотогенерируемых носителей заряда.
14. Спектрометр со счетом фотонов рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, содержащий детектор по п. 13 и процессор, настроенный и выполненный с возможностью определений энергий отдельных фотонов рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, обнаруживаемых указанным детектором, на основе указанного электрического сигнала, и/или с возможностью определения количества фотонов рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, обнаруживаемых указанным детектором, на основе указанного электрического сигнала.
15. Система, содержащая источник рентгеновского излучения и/или гамма-излучения и фотодиод по любому из пп. 1-12, детектор по п. 13 или спектрометр по п. 14 для обнаружения рентгеновского излучения и/или гамма-излучения от указанного источника, ядерную или радио изотопную батарею, содержащую указанный источник рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, и указанный фотодиод для преобразования указанного рентгеновского излучения и/или гамма-излучения в электрический ток.
16. Система по п. 15, представляющая собой ядерную или радиоизотопную батарею, содержащую указанный источник рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, и указанный фотодиод для преобразования указанного рентгеновского излучения и/или гамма-излучения в электрический ток.
17. Система по п. 16, в которой указанный источник представляет собой радиоактивный материал.
18. Система по п. 16 или 17, в которой указанные источник и фотодиод помещены внутрь корпуса, и указанный корпус при необходимости расположен и выполнен с возможностью по существу предотвращения выхода указанного рентгеновского излучения и/или гамма-излучения указанного источника из указанного корпуса.
19. Способ обнаружения рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, включающий этапы, на которых:
подвергают детектор рентгеновского излучения и/или гамма-излучения по п. 13 воздействию источника рентгеновского излучения и/или гамма-излучения; и
на основе сигнала, генерируемого фотодиодом, определяют прием рентгеновского излучения и/или гамма-излучения указанным детектором.
20. Способ по п. 19, включающий предварительные этапы, на которых выбирают указанный источник рентгеновского излучения и/или гамма-излучения и перемещают детектор в направлении указанного источника.
21. Способ по п. 19, также включающий этап, на котором определяют наличие и/или местоположение указанного источника рентгеновского излучения и/или гамма-излучения с использованием детектора.
22. Способ счета фотонов рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, включающий этапы, на которых:
подвергают спектрометр рентгеновского излучения и/или гамма-излучения по п. 14 воздействию источника рентгеновского излучения и/или гамма-излучения; и
на основе электрического сигнала, генерируемого фотодиодом, определяют энергии отдельных фотонов рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, обнаруживаемых детектором на основе указанного электрического сигнала, и/или определяют количество фотонов рентгеновского излучения и/или гамма-излучения, которые были обнаружены детектором.
23. Прибор для обнаружения фотонов или частиц, содержащий:
диод, содержащий InGaP, расположенный и выполненный с возможностью поглощения указанных фотонов или частиц и/или взаимодействия с ними и генерирования носителей заряда в ответ на это; и
электронную схему для обработки электрического сигнала, генерируемого диодом, для определения того, обусловлен ли указанный сигнал по меньшей мере частично генерированием указанных носителей заряда.
24. Прибор по п. 23, также содержащий интерфейс пользователя, такой как дисплей или динамик, и контроллер для управления интерфейсом для информирования пользователя об обнаружении указанных фотонов или частиц.
25. Спектрометр со счетом фотонов или частиц, содержащий прибор по п. 23 или 24, а также содержащий процессор, настроенный и выполненный с возможностью определения энергий отдельных фотонов или частиц, обнаруживаемых указанным прибором, на основе указанного электрического сигнала, и/или с возможностью определения количества фотонов или частиц, обнаруживаемых указанным прибором, на основе указанного электрического сигнала.
26. Система, содержащая источник фотонов или частиц и прибор по любому из пп. 23, 24 или спектрометр по п. 25 для обнаружения фотонов или частиц от указанного источника.
27. Способ обнаружения фотонов или частиц, включающий этапы, на которых:
подвергают прибор по п. 23 воздействию источника указанных фотонов или частиц; и
на основе сигнала, генерируемого диодом, определяют прием фотонов или частиц указанным прибором.
28. Способ счета фотонов или частиц, включающий этапы, на которых:
подвергают спектрометр по п. 25 воздействию источника фотонов или частиц; и
на основе электрического сигнала, генерируемого диодом, определяют энергии отдельных фотонов или частиц, обнаруживаемых указанным прибором на основе указанного электрического сигнала, и/или определяют количество фотонов или частиц, которые были обнаружены прибором.
29. Ядерная или радиоизотопная батарея, содержащая:
преобразователь для поглощения рентгеновского излучения и/или гамма-излучения или взаимодействия с ними и генерирования в ответ на это других типов фотонов или частиц; и
диод, содержащий InGaP, расположенный с возможностью приема указанных фотонов или частиц и их преобразования в электрический ток.
RU2019130429A 2017-02-28 2018-02-28 Рентгеновский и гамма-лучевой фотодиод RU2797929C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1703196.4A GB201703196D0 (en) 2017-02-28 2017-02-28 X-ray and gammay-ray photodiode
GB1703196.4 2017-02-28
PCT/GB2018/050515 WO2018158569A1 (en) 2017-02-28 2018-02-28 X-ray and gamma-ray photodiode

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019130429A true RU2019130429A (ru) 2021-03-30
RU2019130429A3 RU2019130429A3 (ru) 2021-06-01
RU2797929C2 RU2797929C2 (ru) 2023-06-13

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
US20200012001A1 (en) 2020-01-09
US11313981B2 (en) 2022-04-26
CA3054760A1 (en) 2018-09-07
CN110869810A (zh) 2020-03-06
CN110869810B (zh) 2023-12-15
RU2019130429A3 (ru) 2021-06-01
GB201703196D0 (en) 2017-04-12
WO2018158569A1 (en) 2018-09-07
EP3589983A1 (en) 2020-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thomas et al. Characterisation of Redlen high-flux CdZnTe
JP3140052B2 (ja) 中性子検出装置
US9851454B2 (en) Detection devices and methods
Murtas Applications of triple GEM detectors beyond particle and nuclear physics
KR20150061083A (ko) 방사선 영상 장치 및 그 제어 방법
Guardiola et al. Ultra-thin 3D silicon sensors for neutron detection
KR102068371B1 (ko) 향상된 감마 방사선 감도를 갖는 고체 방사선 검출기
CN105388509B (zh) 伽马射线检测器和检测伽马射线的方法
Claps et al. Diamondpix: A CVD diamond detector with timepix3 chip interface
US9086490B2 (en) Red boron solid state detector
RU2019130429A (ru) Рентгеновский и гамма-лучевой фотодиод
EP3400462A1 (en) Combined neutron and gamma-ray detector and coincidence test method
WO2015102517A1 (en) Matrix sensor of ionizing radiation
JP3358617B2 (ja) 中性子線量率計
US20100123084A1 (en) Betavoltaic radiation detector
Jo et al. Characterization of photo-multiplier tube as ex-vessel radiation detector in tokamak
JPS6111474B2 (ru)
Wang et al. A Miniaturized Gamma-ray Spectrometer based on CdZnTe Semiconductor and BGO Scintillator
Guardiola et al. Portable silicon neutron detector system
US11867853B2 (en) Neutron detector, personal dosemeter and neutron fluence monitor including this detector and neutron detection method
Streicher et al. CdZnTe gamma-ray spectroscopy in high flux environments using digital pulse processing techniques
Gimenez et al. Evaluation of the radiation hardness and charge summing mode of a medipix3-based detector with synchrotron radiation
WO2021136562A1 (en) Device for measuring the mixed radiation field of photons and neutrons
Gnatyuk et al. X/γ-ray detector modules with stacked CdTe-based Schottky diodes
KR101217714B1 (ko) 고방사선 핫셀 내 중성자 위치 분포를 얻기 위한 중성자 측정 장치 및 이를 이용한 중성자 위치 분포 구성 방법