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