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Rivelatori a Stato Solido Seminario di Elettronica 2° Anno Specializzazione Fisica Sanitaria Prof. M. De Spirito Alberto Panese Luca Grimaldi.

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1 Rivelatori a Stato Solido Seminario di Elettronica 2° Anno Specializzazione Fisica Sanitaria Prof. M. De Spirito Alberto Panese Luca Grimaldi

2 Rivelatori a Stato Solido I rivelatori a stato solido possono essere costruiti con materiali semiconduttori, nei quali i livelli energetici degli elettroni meno legati mostrano la caratteristica struttura a bande dei cristalli. è dellordine dell eV

3 Rivelatori a Stato Solido Un cristallo puro di Silicio può essere drogato in due modi: drogaggio di tipo p e drogaggio di tipo n. Es. Silicio (tetravalente) drogato con Boro (trivalente) e Fosforo (pentavalente)

4 Rivelatori a Stato Solido Fenomeno della diffusione

5 Rivelatori a Stato Solido Polarazzazione Inversa Viene favorita la corrente di drift (pressoché costante) Aumentando la tensione inversa si arriva ad una tensione detta di "breakdown. Polarizzazione Diretta

6 Rivelatori a Stato Solido

7 camera a bolle - lenergia necessaria a produrre in media una coppia elettrone-lacuna è di 3,5 eV in silicio e 2,9 in germanio (10 volte minore che nei gas) Vantaggi rispetto alle camere a ionizzazione: camera a ionizzazione di Wilson - risoluzioni elevate nella misura dellenergia, infatti a parità di energia persa la corrente raccolta è circa 10 volte maggiore di quanto non accada con la camera a ionizzazione - ridotte dimensioni fisiche del rivelatore (1000 volte più denso)

8 Rivelatori a Stato Solido Misure di carica

9 Rivelatori a Stato Solido Circuito automatico di Feedback

10 Rivelatori a Stato Solido Caratteristiche del diodo: dimensioni ridotte (superficie attiva 2-3 mm 2 ) rispetto alle c.i. robustezza maggiore rispetto alle c.i. debole dipendenza dalla temperatura (ad es. 0.1%°C -1 ) ma anche: SSD (Source to Surface Distance) diversi diodi per il tipo di radiazione Fotoni, Elettroni, Protoni dipendenza dallenergia dipendenza della ricombinazione dal Dose Rate angolo di incidenza della radiazione (non isotropo ± 60°)

11 Rivelatori a Stato Solido accumulo dose

12 Rivelatori a Stato Solido Diodi Hi-pSi Scanditronix per Dosimetria in Vivo FotoniElettroni Dose in Ingresso (low perturbation) EDP-10 (4- 8MV) EDP-15 (6-12 MV) EDP-20 (10-20 MV) EDP-30 (>20 MV) EDD-2 (EDE-5) EDD-2 Dose in Uscita EDD-2 Organi a Rischio EDD-5 Sonde endocavitarie IDF-1, IDF-3, IDF-5

13 Rivelatori a Stato Solido JFET (Junction Field Effect Transistor) I D =F(V GS,V DS )

14 Rivelatori a Stato Solido MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) I D =F(V GS,V DS ) V GS >V T tipo enhancement tipo depletion

15 Rivelatori a Stato Solido Vantaggi di un MOSFET 1.Alto livello di integrazione 2.Pochi fattori correttivi in uso clinico regione attiva fino a 0.2 x 0.2 mm usabili sia per fotoni che elettroni indipendenza dal dose-rate indipendenza dalla temperatura e dallumidità isotropia ( ±2% per 360°) riproducibilità (< 3%) leggerezza e flessibilità

16 Rivelatori a Stato Solido bassa dipendenza dallenergia (< 5%)

17 Rivelatori a Stato Solido delicati proporzionalmente alla dose assorbita dallossido del gate si modifica permanentemente la sua tensione di soglia Svantaggi di un MOSFET MOSFETSMicroMOSFTESDIODO 0,4 mm 2 < 0,1 mm 2 3 mm 2 Fotoni, Elettroni, Protoni, Raggi X 4 Diodi diversi Isotropo( ± 2%) Non Isotropo: ± 60° IMRT IMRT, Brachiterapia, IORT No

18 Rivelatori a Stato Solido · Brachiterapia · IMRT · Radiochirurgia (sostanze radioattive) · TBI · IORT I vantaggi dei MOSFET nelle applicazioni trovano uso nelle tecniche avanzate di trattamento:

19 Rivelatori a Stato Solido Con letture effettuate prima e durante lirraggiamento si vede che la sensitivity della V Threshold alle radiazioni è una funzione della V Gate e varia tipicamente da 1 a 3 mV/cGy. Osservazione:


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