LXXXVI Congresso Nazionale SIF, Milano 24-29 Settembre 2001
PROPRIETA' DOSIMETRICHE ED ELETTRICHE
DELLA CORRENTE FOTOINDOTTA IN
DIAMANTI SINTETICI CVD
Cirrone 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)
(2)
INFN-Laboratori Nazionali del Sud, Via S. Sofia 44, 95100 Catania
Diaprtimento di Fisica Università di Catania, Corso Italia 57, 95123 Catania
(3)
(4)
Dipartimento di Energetica, Università di Firenze
Dipartimento di Fisiopatologia Clinica Università di Firenze, Firenze
(5)
(6)
Istituto Superiore di Sanità, Roma
Policlinico Universitario, Università di Catania
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> =
<Z/A> =
6
0.5
Alta sensibilità
Proprietà simili al diamante
naturale
Alta sensibilità
Basso costo di produzione
Possibilità di controllo delle
concentrazioni di difetti
Resistente al danneggiamento da
radiazione
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
Aumento della conduttivita’
(Fotoconduttività indotta)
+
A
+
+
-
+
+
-
+
  e(n n  p p )
  e(n n  p p )
L’aumento della conduttività si traduce
in un aumento della corrente misurata
quando al materiale è applicata una
tensione di polarizzazione
Campioni irraggiati con fasci di
elettroni da 20 MeV prodotti da
acceleratore lineare LINAC del
Dipartimento di Fisiopatologia
Clinica dell’Università di Firenze
Elettroni da
20 MeV
Portacampione
Fantoccio in
PMMA
Campione CVD
Polarizzazione
Elettrometro
Portacampione
in PMMA
SPESSORE
Metallizzazione
(Oro + Cromo,
20m)
Diamante
650m
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 W
25.0
Andamento simmetrico col segno
della tensione di polarizzazione
15.0
Corrente [nA]
Il tasso di crescita della corrente
diminuisce fino a circa 300 V (0.45
V/m) e poi tende ad una saturazione
20.0
10.0
5.0
-1300
0.0
-300 -5.0
-800
200
700
1200
-10.0
-15.0
Questo è consistente con la
saturazione
della
velocità
dei
portatori di carica
-20.0
-25.0
Tensione di Polarizzazione [V]
X10-9
35
A
30
Alto rapporto Segnale/Rumore S/N = 300
Questo valore non è tuttavia raggiunto
immediatamente ma con un tempo di
salita di 3.4 s
B
C
D
tf
25
[nA]
Corrente
Current
[A]
Durante l’irraggiamento, la corrente
raggiunge un valore stabile di 27.9 nA 0.1
nA (0.5%)
ti
20
15
10
5
0
0
100
200
300
Time [s]
400
500
Un semplice modello (Rose Fower 1966) applicabile nei casi di
distribuzione omogenea di difetti
D V    e
I th  r
w
I th  69nA
I th  27nA
mentre
Si definisce fattore di guadagno
G
I th
I exp
nel nostro caso G = 0.4
Solo il 40% delle coppie prodotte raggiungono gli elettrodi
raccolta
G
Ma è anche

Tr
L2
Tr 
V 
Tr è il tempo di transito di un
portatore tra due elettrodi
Tempo di
ricombinazione  [s]
  1.8 10 sec
9
Anche la lunghezza di
raccolta è legata al
tempo di vita medio
d    E   ve
d th  162m
Nostri dati
1.8*10-9
Canali C., 1979
15*10-9
Hoban P. et al. 1994,
2.6*10-9
Planskoy B., 1980
3.7*10-9
d exp  140m
Diamante
sintetico
Diamante
naturale
Metallizzazioni di nuovi campioni con una
matrice 4x4 di elettrodi da 1mm2
Misure puntuali di dose
Possibilità di effettuare profili di
fascio per piccoli campi
Il problema degli effetti della
ionizzazione dell’aria intorno al
campione vengono risolti con una
cameretta da vuoto
180
130
Tensione (V)
80
30
-1300
-800
-300
-20
200
700
1200
-70
-120
-170
-220
Corrente (pA)
Resistenza  1013 W



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