مطالعه اثر تابش گاما روی خواص الکتریکی MOSFET و دیود MOS برای کاربرد دزیمتری

نویسندگان

پژوهشکده کاربرد پرتوها، مجتمع پژوهشی شمال‌ غرب کشور (بناب)، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، بناب، آذربایجان شرقی

چکیده

در این کار، اثر تابش پرتو گاما روی خواص ترانزیستورهای اثر میدان نیمه‌هادی اکسید فلزی (MOSFET) (براساس تغییر ولتاژ آستانه‌شان در اثر پرتودهی) بررسی شده است. ابتدا، اثر تابش گاما روی ترانزیستورهای PMOS تجاری موجود در بازار برای دزیمتری مطالعه گردید. نتایج نشان داد که پاسخ آشکارساز نسبت به دز دریافتی خطی نیست، بنابراین در ناحیه‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. سپس، دیودهای MOS )به‌صورت اتصال (Al/n-Si/SiO2/Al به‌عنوان دزیمتر ساخته شدند. نمونه‌های ساخته‌شده در دُزهای میلی‌گری تا کیلوگری تابش‌دهی و رفتار الکتریکی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفتند. مشاهده شد که در بایاس مستقیم تغییرات جریان، کم اما در بایـاس معـکوس و در ولتـاژهای کمتر از 20 ولت تغییرات جریان دیودها نسبت به دُز دریافتی، زیاد و مقدار آن قابل اندازه‌گیری بود. هم‌چنین مشاهده گردید که حساسیت دیود یک عدد ثابت نیست و این ناشی از این مسأله است که منحنی تغییرات دُز نسبت به جریان خطی نمی‌باشد. از روی منحنی‌ها سه ناحیه نسبتاً خطی به‌دست آمد و حساسیت‌ها نسبت به این سه ناحیه محاسبه گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of gamma irradiation effect on electrical properties of MOSFET and MOS diode for application in dosimetry

نویسندگان [English]

  • Tavakkol Tohidi
  • Shahryar Rahmatallahpur
چکیده [English]

In this work, the effect of the gamma radiation on the threshold voltage of metal oxide field effect transistor (MOSFET) was investigated. First, the purchased P typeMOS transistor was considered. Due to a nonlinear response to the administrated dose, the different regions were analyzed. Then we constructed an Al/n-Si/SiO2/Al MOS diode. These diodes were irradiated to mili to kilo Gray dose and their electrical behavior were investigated. In forward bias, the current variation was low but in reverse bias and lower than -20 volt, the current variation was large and measurable. A non-constant responsivity was obtained for diodes which is due to the non linearity of dose - current curve. Three different regions were chosen and the responsivity in these regions was obtained

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metal oxides
  • Gamma Irradiation
  • MOS diodes
  • Dosimeter
  • Responsivity
[1] A.M.H. Abaza. New Trend in Radiation Dosimeters, American Journal of Modern Physics, 7(2018) 21–30. [3] J. Ma, J.T.W. Yeowa, J.C.L. Chow and R.B. Barnett. A carbon fiber-based radiation sensor for dosimetric measurement in radiotherapy, Carbon, 46 (2008) 1869–1873. [4] V.S.S. Srinivasan and A. Pandya. Feasibility study of thin film Al/SnOx/n-Si gate stack for gamma radiation dosimetry, Radiation Measurements, 44 (2009) 325–327. [5] H.N. Raval, S.P. Tiwari, R.R. Navan and V.R. Rao. Determining ionizing radiation using sensors based on organic semiconducting material, Applied Physics Letters, 94(12) (2009) 123304. [6] I.S. Kwan, A.B. Rosenfeld, Z.Y. Qi, D. Wilkinson, M.L.F. Lerch, D.L. Cutajar, M. Safavi-Naeni, M. Butson, J.A. Bucci, Y. Chin and V.L. Perevertaylo. Skin dosimetry with new MOSFET detectors, Radiation Measurements, 43 (2008) 929–932. [7] V.S.S. Srinivasan and A. Pandya. Dosimetry aspects of hafnium oxide metal-oxide semiconductor (MOS) capacitor, Thin Solid Films, 520(2011) 574–577. [8] L. Adams and A. Holmes-Siedle, The development of an MOS dosimetry unit for use in space, IEEE Transactions on Nuclear Science, 25(6) (1978) 1607–1612. [9] R. Ramani, S. Russell and P.O. Brien. Clinical dosimetry using MOSFETs, International Journal of Radiation Oncology. Biology. Physics (IJROBP), 37 (1997) 959–964. [10] T.R. Oldham. Total Ionizing Dose Effect in MOS Oxides and Devices, IEEE Transactions on Nuclear Science, 50(3) (2003) 483–499. [11] M. Soubra, J. Cygler and G.F. Mackay. Evaluation of a Dual Metal Oxide-Silicon Semiconductor Field Effect Transistor Detector as a Radiation Dosimeter, Medical Physics, 21(4) (1994) 567–572. [12] I. Thomson and M.H. Reece. Semiconductor MOSFET Dosimetry, Proceedings of Health Physics Society Annual Meeting (1988). [13] A. Holmes-Siedle and L. Adams. RADFET: A review of the use of metal oxide-silicon devices as integrating dosimeters, Radiation Physics and Chemistry, 28 (1986) 235–244. [14] R. Varadhan, J. Miller, B. Garrity and M. Weber. In vivo prostate IMRT dosimetry with MOSFET detectors using brass buildup caps, Journal of Applied Clinical Medical Physics (JACMP), 7(4) (2006) 22–32. [15] G. Sarrabayrouse and S. Siskos. Radiation dose measurement using MOSFETs, IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 1(2) (1998) 26–34. [16] A. Rosenfeld, M. Yudelev, M.L.F. Lerch, I. Cornelius, P. Griffin, V.L. Perevertailo, I.E. Anokhin, O.S. Zinets, V.I. Khivrich, M. Pinkovskaya, D. Alexiev and M. Reinhard. Neutron Dosimetry with planar silicon p-i-n Diodes, IEEE Transactions on Nuclear Science, 50(6) (2003) 2367–2372. [17] R. Kumar, S.D. Sharma, A. Philomina and A. Topkar. Dosimetry Characteristics of a PIN Diode for Radiotherapy Application, Technology in Cancer Research & Treatment, 13(14) (2014) 361–367. [18] S. Pini, M. Bruzzi, M. Bucciolini, E. Borchi, S. Lagomarsino, D. Menichelli, S. Miglio, F. Nava and S. Sciortino. High-bandgap semiconductor dosimeters for radiotherapy applications, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 514 (2003) 135–140. [19] A.Q. Hu, M. Yu, C.Z. Zhou, C. Fan, C.C. Liu, S.N. Wang, B.H. Shi, L. Qi, J.Y. Wang and Y.F. Jin. Bilateral PIN diode for fast neutron dose measurement, IEEE Transactions on Nuclear Science, 61(3) (2014) 1311–1315. [20] L. Panwar, H.S. Chaudhary, S.G. Vaijapurkar, D. Bohra and P.K. Bhatnagar. Silicon PIN diode neutron dosimetry, Indian Journal of Pure & Applied Physics, 48 (2010) 813–816. [21] T.P. Ma and P.V. Dressendorfer. Ionizing Radiation Effects in MOS Devices and Circuits. John Wiley & Sons, New York, (1989) 269–272, Chapter 5.