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

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 dell’ordine dell’ eV

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)

Fenomeno della diffusione

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

Vantaggi rispetto alle camere a ionizzazione: l’energia 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) - risoluzioni elevate nella misura dell’energia, infatti a parità di energia persa la corrente raccolta è circa 10 volte maggiore di quanto non accada con la camera a ionizzazione camera a ionizzazione di Wilson - ridotte dimensioni fisiche del rivelatore (1000 volte più denso) camera a bolle

Misure di carica

Circuito automatico di Feedback

Caratteristiche del diodo: dimensioni ridotte (superficie attiva 2-3 mm2) 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 dall’energia dipendenza della ricombinazione dal Dose Rate angolo di incidenza della radiazione (non isotropo ± 60°)

accumulo dose

Diodi Hi-pSi Scanditronix per Dosimetria in Vivo   Fotoni Elettroni 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

JFET (Junction Field Effect Transistor) ID=F(VGS,VDS)

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) tipo enhancement tipo depletion ID=F(VGS,VDS) VGS>VT

Vantaggi di un MOSFET Alto livello di integrazione 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 dall’umidità isotropia ( ±2% per 360°) riproducibilità (< 3%) leggerezza e flessibilità

bassa dipendenza dall’energia (< 5%)

delicati Svantaggi di un MOSFET MOSFETS MicroMOSFTES DIODO 0,4 mm2 < 0,1 mm2 3 mm2 Fotoni, Elettroni, Protoni, Raggi X 4 Diodi diversi Isotropo( ± 2%) Non Isotropo: ± 60° IMRT IMRT, Brachiterapia, IORT No Svantaggi di un MOSFET delicati proporzionalmente alla dose assorbita dall’ossido del gate si modifica permanentemente la sua tensione di soglia

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

Osservazione: Con letture effettuate prima e durante l’irraggiamento si vede che la sensitivity della VThreshold alle radiazioni è una funzione della VGate e varia tipicamente da 1 a 3 mV/cGy.