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PROPRIETA' DOSIMETRICHE ED
ELETTRICHE DELLA CORRENTE
FOTOINDOTTA IN DIAMANTI SINTETICI
CVDCirrone G.A.P.(1,2) Bruzzi M.(3) Bucciolini M.(4), Cuttone G.(1),
De Angelis C. (5),Mazzocchi S.(4), Onori S.(5), Pacilio M.(5), Raffaele L.(1,6),Rovelli A.(1), Sabini M.G. (1,2)
(1) INFN-Laboratori Nazionali del Sud, Via S. Sofia 44, 95100 Catania
(2) Diaprtimento di Fisica Università di Catania, Corso Italia 57, 95123 Catania
(3) Dipartimento di Energetica, Università di Firenze
(4) Dipartimento di Fisiopatologia Clinica Università di Firenze, Firenze
(5) Istituto Superiore di Sanità, Roma
(6) Policlinico Universitario, Università di Catania
LXXXVI Congresso Nazionale SIF, Milano 24-29 Settembre 2001
PROGETTO CANDIDO
Caratterizzazione dosimetrica su fasci di diversa qualità di diamanti sintetici CVD
commerciali e home made
Laboratori Nazionali del Sud – INFN, Catania
Dipartimento di Energetica e di Fisiopatologia Clinica, Università di Firenze
Istituto Superiore di Sanità, Roma
Tessuto equivalenza:
<Z> = 6
<Z/A> = 0.5
Alta sensibilità
Alta sensibilità
Basso costo di produzione
Proprietà simili al diamante naturale
Resistente al danneggiamento da radiazione
Possibilità di controllo delle concentrazioni di difetti
Piccole dimensioni Alta risoluzione spaziale
Una radiazione incidente su un materiale favorisce le transizioni tra stati in banda di valenza e stati in banda di conduzione
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
A
L’aumento della conduttività si traduce in un aumento della corrente misurata quando al materiale è applicata una tensione di polarizzazione
Aumento della conduttivita’ (Fotoconduttività indotta)
)( pn pne
)( pn pne
Elettroni da 20 MeV
Fantoccio in PMMA
Portacampione
Campione CVD
Portacampione in PMMA
Polarizzazione
Elettrometro
Campioni irraggiati con fasci di elettroni da 20 MeV prodotti da acceleratore lineare LINAC del Dipartimento di Fisiopatologia Clinica dell’Università di Firenze
SPESSORE 650m
AREA SENSIBILE 0.12 cm2
VOLUME SENSIBILE 8.2·10-3 cm3
POLARIZZAZIONE + 400 V CORRENTE DI BUIO 10-12 A at 1000 V bias
RESISTENZA > 1014
Diamante
Metallizzazione (Oro + Cromo, 20m)
-25.0
-20.0
-15.0
-10.0
-5.0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
-1300 -800 -300 200 700 1200
Tensione di Polarizzazione [V]
Co
rren
te [
nA
]
Andamento simmetrico col segno della tensione di polarizzazione
Il tasso di crescita della corrente diminuisce fino a circa 300 V (0.45 V/m) e poi tende ad una saturazione
Questo è consistente con la saturazione della velocità dei portatori di carica
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400 500
Time [s]
Cur
rent
[A
]
X10-9
A B C D
ti tfAlto rapporto Segnale/Rumore S/N = 300
Durante l’irraggiamento, la corrente raggiunge un valore stabile di 27.9 nA 0.1 nA (0.5%)
Questo valore non è tuttavia raggiunto immediatamente ma con un tempo di salita di 3.4 s
Cor
ren
te [
nA
]
Un semplice modello (Rose Fower 1966) applicabile nei casi di distribuzione omogenea di difetti
w
eVDI r
th
nAI th 69 mentre nAI th 27
Si definisce fattore di guadagno expI
IG th nel nostro caso G = 0.4
Solo il 40% delle coppie prodotte raggiungono gli elettrodi raccolta
Ma è ancherT
G
Tr è il tempo di transito di un portatore tra due elettrodi
V
LTr
2
Tempo di ricombinazione [s]
Nostri dati 1.8*10-9 Diamante sintetico
Canali C., 1979 15*10-9
Hoban P. et al. 1994, 2.6*10-9 Diamante naturale
Planskoy B., 1980 3.7*10-9
Anche la lunghezza di raccolta è legata al tempo di vita medio
evEd
sec108.1 9
mdth 162 md 140exp
Metallizzazioni di nuovi campioni con una matrice 4x4 di elettrodi da 1mm2
Il problema degli effetti della ionizzazione dell’aria intorno al campione vengono risolti con una cameretta da vuoto
Possibilità di effettuare profili di fascio per piccoli campi
Misure puntuali di dose
-220
-170
-120
-70
-20
30
80
130
180
-1300 -800 -300 200 700 1200
Corrente (pA)
Ten
sion
e (V
)
Resistenza 1013
La caratterizzazione preliminare ha dimostrato la possibilità di utilizzo del diamante sintetico come dosimetro on-line sfruttando il fenomeno della corrente fotoindotta, su fasci di Fotoni, Elettroni e Protoni
La misura della corrente fotoindotta permette inoltre la determinazione di alcuni parametri fisici del materiale come il tempo di vita media dei portatori e la lunghezza di raccolta
La stessa caratterizzazione è in corso su campioni di nuova generazione dotati di una matrice di elettrodi
Will I ever learn that there'll be no peace, that the war won't cease?
When he Returns, Bob Dylan, 1979
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