طراحی و ساخت دستگاه اندازه‌گیری دز پرتوهای گاما با استفاده از ترانزیستورهای ماسفت براساس جابه‌جایی ولتاژ آستانه

نویسندگان

گروه کاربرد پرتوها، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

یکی از مسائل بسیار مهم در تأسیسات پرتودهی و مأموریت‌های فضایی، تعیین دز حاصل از ذرات یونیزان موجود در محیط پرتویی است. دزیمترهای ماسفت از جمله ابزارهای اندازه‌گیری دز در این محیط‌ها می‌باشند که علاوه‌بر حساسیت بسیار بالا نسبت به پرتو، قابلیت تحمل شار بالایی از ذرات را نیز دارند. این ابزار هم‌چنین دارای حجم کوچک، توان مصرفی پایین و قابلیت اطمینان بالا هستند. هدف از این کار، طراحی و ساخت یک سامانه دزیمتر پرتویی ماسفت براساس تغییرات ولتاژ آستانه ترازیستور می‌باشد. کالیبراسیون پرتویی این سامانه با پرتودهی ماسفت‌ها در دزهای مختلف (از 5 تا Gy 100) در آزمایشگاه استاندارد ثانویه SSDL، سازمان انرژی اتمی، کرج انجام گرفت. وابستگی دمایی این ترانزیستورها نیز با توجه به ضریب تغییرات دمایی در تمامی این اندازه‌گیری‌ها لحاظ شد. نتایج نشان می‌دهد، پاسخ این ماسفت‌ها به دز پرتویی مختلف تقریباً به‌صورت خطی بوده و دارای حساسیتی در حدود 1 تا mV/Gy 6 است که می‌توان بسته به محیط پرتوی و ابعاد مورد نیاز این ماسفت‌ها از انواع مختلف آن استفاده کرد.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and construction of dose-measuring device using MOSFET transistors based on threshold voltage shift

نویسندگان [English]

  • Saeed Boorboor
  • Hamid Jafari
چکیده [English]

One of the most important issues in radiation facilities and space missions is determining the dose of ionizing particles in the radiation environment. MOSFET dosimeters are among the tools for measuring doses in these environments, which in addition to very high sensitivity to radiation, can also withstand high flux of particles. These tools also have a small volume, low power consumption and high reliability. The purpose of this work is the design and construction of a MOSFET radiation dosimeter system based on the threshold voltage shifts. Radiation calibration of this system has been performed by irradiating MOSFETs in different doses (from 5 to 100 Gy) in the secondary standard center (SSDL) in Karaj. The temperature dependence of these transistors is also considered in all measurements according to the coefficient of temperature change. The results showed that the response of these MOSFETs to different radiation doses is almost linear and has a sensitivity of about 1 to 6 mV/Gy and depending on the radiation environment and the required dimensions of these MOSFETs, different types can be used.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MOSFET dosimeter
  • Threshold voltage shift
  • Current-voltage curve
  • Temperature sensitivity coefficient

مراجع

[1] W. Schimmerling. Space Radiation Dosimetry, NASA, (1998). [2] A. Ballesteros, L. Debarberis, W. Voorbraak, J. Wagemans and P. D’hondt. Open issues in reactor dosimetry, Progress in Nuclear Energy, 52(7) (2010) 615-619. [3] M.G. Stabin, M. Tagesson, S.R. Thomas, M. Ljungberg and S.E. Strand. Radiation dosimetry in nuclear medicine, Applied Radiation and Isotopes, 50(1) (1999) 73-87. [4] L. Frohlich. DOSFET-L02: An advanced online dosimetry system for radfet sensors, presented at the IBIC, UK, (2013). [5] L.J. Asensio, M.A. Carvajal , J.A. Lopez-Villanueva, M. Vilches, A.M. Lallena and A.J. Palma. Evaluation of a low-cost commercial mosfet as radiation dosimeter, sensors and actuators A, 125 (2006) 288-295. [6] S.J. Kim, K.W. Min and D. Ko. Use of a MOSFET for Radiation Monitoring in Space and Comparison with the NASA Trapped Particle Model, Korean Physical Society, 48 (2005) 865-869. [7] D.K Schroeder. Semiconductor material and device characterization, 2nd ed. NewYork: Wiley; (1998). [8] T.R. Oldham and F.B. McLean. Total ionizing dose effects in MOS oxides and devices, Nuclear Science, IEEE Transactions on, 50 (2003) 483-499. [9] X. Zhou, K.Y. Lim and D.A. Lim. simple and unambiguous definition of threshold voltage and its implications in deepsubmicron MOS device modeling. IEEE Trans Electron Dev, 46(4) (1999) 807–809. [10] H. Katto. Device parameter extraction in the linear region of MOSFET’s, IEEE Electron Dev Lett, 18 (1997) 408–410. [11] J. Wang, M. Xu and C. Tan. An accurate relationship for determining the key parameters of MOSFETs by proportional difference operator meted, Solid-State Electron, 44 (2000) 959–962. [12] P.R. Karlsson and K.O. Jeppson. An efficient method for determining threshold voltage, series resistance and effective geometry of MOS transistors, IEEE Trans Semicond Manuf, 9 (1996) 215–222. [13] C. Tan, M. Xu and Z. Wang. Proportional difference operator method and its application in studying subthreshold behavior of MOSFETs. Solid-State Electron. 44 (2000) 1059–1067. [14] M.M. Lau, C.Y.T. Chiang, Y.T. Yeow and Z.Q. Yao. Measurement of VT and Leff using MOSFET gate-substrate capacitance, In: Proceedings of the 1999 International Conference on Microelectronic Test Structures, (1999) 152–155. [15] C. Galup-Montoro, M.C. Schneider, A.L. Koerich and R.L.O. Pinto. MOSFET threshold extraction from voltage-only measurements, Electron Lett, 30 (1994) 1458–1459. [16] F. Thomas and W.T. Holman. MOSFET threshold voltage extractor circuits based on square-law behavior, In: Sample S, editor. IEEE 42nd Midwest Symp Cir Syst, 2 (2000) 1118–1121.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار