Arreglos de sensores de radiación ionizante integrados
El presente trabajo abarca el estudio, aplicación y diseño de arreglos de sensores de radiación ionizante integrados. En particular, se hace énfasis en el uso de circuitos integrados en tecnología CMOS, tanto en procesos de tipo bulk como en procesos de tipo Silicon-on-Insulator (SOI), para la de...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2020
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/926/1/Alcalde_Bessia.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El presente trabajo abarca el estudio, aplicación y diseño de arreglos de sensores de
radiación ionizante integrados. En particular, se hace énfasis en el uso de circuitos
integrados en tecnología CMOS, tanto en procesos de tipo bulk como en procesos
de tipo Silicon-on-Insulator (SOI), para la detección de partículas y adquisición de
imágenes radiográficas. Además, se estudian los efectos que la radiación produce en los
dispositivos fabricados en esta tecnología y se aprovechan esos efectos para implementar
un sensor de dosis e identificar mecanismos de daño a sensores de imagen.
En este sentido, el efecto de degradación por dosis total se utiliza para determinar la
dosis absorbida con transistores MOS fabricados en un proceso de tipo Fully-Depleted
SOI (FD-SOI). En este punto se realiza el primer aporte de la tesis al estado del arte: se
presenta un circuito formado por un par de transistores FD-SOI complementarios cuya
salida es proporcional a la dosis absorbida y que, además, cuenta con compensación ante
variaciones de temperatura. Se realiza una descripción del funcionamiento del circuito y
una caracterización del mismo utilizando para ello fotones de rayos X de alta energa.
A continuación, se estudia el uso de sensores de imagen CMOS comerciales para
la adquisición de imágenes radiográficas mediante la técnica de detección directa. Se
muestra la capacidad de adquirir imágenes radiográficas de distintos objetos y, luego,
se realiza un análisis de los factores que intervienen en la eficiencia y resolución de la
técnica, demostrando que existe una relación de compromiso entre ambas. Por otro lado,
aprovechando la capacidad de este tipo de sensores de detectar y clasificar partículas,
se implementa un prototipo en base al cual es posible identificar partículas provenientes
de la cadena de decaimiento del gas radón.
Otra aplicación de los sensores de imagen CMOS es la adquisición de imágenes
radiográficas de neutrones térmicos mediante la utilización de capas de conversión
neutrónicas. El aporte de este trabajo en la materia es demostrar que, en los circuitos
integrados que usan BoroPhosphoSilicate Glass (BPSG), los neutrones térmicos producen
daño por desplazamiento en el arreglo de píxeles y que, para evitarlo, se deben utilizar
tecnologías mas modernas donde no se utilice boro en el proceso de fabricación.
Finalmente, se presenta el diseño de un circuito integrado de aplicación específica
para la detección de partículas ionizantes. Se trata de un detector pixelado de tipo
monolítico, fabricado en un proceso SOI, que tiene las junturas sensibles a radiación
construidas debajo del oxido enterrado y la electrónica de procesamiento en el lm
de silicio superior. Se realizo una primera caracterización del detector con rayos X de
baja energía mediante la
fluorescencia de varios materiales. Se obtuvo el espectro de
altura de pulsos, se realizo una calibración en energía de su respuesta y se midió el
ruido electrónico. Gracias a sus características, el detector podrá ser utilizado para la
obtención de imágenes radiográficas agregando resolución en energía. |
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