[發明專利]用于輻射計量的光釋光劑量元件及其制備方法

無效

• 申請號: 200910029721.4
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101533846A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 陸敏
• 申請（專利權）人: 蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L31/105;H01L33/00;H01L21/82;C23C16/44;G01T1/16
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種用于輻射計量的光釋光元件。

背景技術

OSL(Optically?Stimulated?Lμminescence)又稱光致發光，是一項新的輻射劑量監測技術，是繼LiF(Mg，Ti)熱釋光和LiF(Mg，Cu，P)熱釋光后的第三代輻射劑量監測技術，在全球范圍內用于個人劑量監測已有數年的歷史，使用該技術進行個人劑量監測的人數已有約150萬人。

光致發光探測系統中，射線的探測物質是α-Al₂O₃:C，每一個探測元件是一個圓形的α-Al₂O₃:C圓片，它們受到輻照后所產生的電子空穴對會被物質內的晶格缺陷捕獲；在讀取劑量時，α-Al₂O₃:C圓片受到發光二極管所發出532nm光的激發，被晶格缺陷捕獲的電子或空穴受激進入相應的導帶或價帶，這些自有的電子或空穴遇到晶體內的復合中心就釋放出326nm和420nm兩個熒光峰，發光峰經光電探測器轉換成電信號，該電信號正比與所受輻照強度。

光致發光探測系統相比熱釋光探測系統具有以下優點：

(1)受熱激發(TLD，熱釋光)，被捕獲的載流子將全部被釋放；而受光的激發(光釋光)，每一次激發則只有很少一部分載流子被釋放，通過控制激發光的頻率可以優化這個過程，因此絕大部分的熒光信號仍保留在元件內，而且是非破壞性的，因此可以重復分析；

(2)α-Al₂O₃:C具有很高的靈敏度，是LiF(Mg，Ti)的40～60倍，其主體發射峰在410～420nm(綠光)處，線性響應可達到50Gy；可以在低劑量和低能量(可低至5keV)的應用場所保證測量數據的精確；

(3)光釋光劑量計具有抗沖擊，同時對濕、熱及化學物質不敏感；劑量計的極佳的衰退特性可以延長佩戴期限，同時保證劑量數據的準確可靠。

現有的輻射探測計量系統包括：劑量探測器、激發裝置和讀出器，并且現有的劑量計系統(熱釋光或光釋光)都是劑量探測器和讀出器相分離的系統，其中，劑量元件一般是一個直徑為5mm左右，厚度在1mm以下的α-Al₂O₃:C圓片；激發設備一般為激光器或LED光源，讀出器一般為光電倍增管和一些電路組成。通常“激發設備”和“讀出器”集成在一起構成一個讀出儀器設備。檢測輻射的步驟包括：“劑量元件”放在專用的劑量盒中佩戴在相關人員身上，經一段時間后，相關人員將劑量盒交給專業人員，專業人員將“劑量元件”從劑量盒中取出，放入讀出儀器設備的“劑量元件”架上，開啟讀出程序，讀出劑量數據。

上述技術方案導致很多問題，如：不能實時監測、不能現場監測，而這兩點在安全和遠程監控方面很重要；另外現有的讀出器，一方面價格昂貴，而且，讀出儀需要加熱(熱釋光)和光電倍增管需要高壓，因此能耗較大，光電倍增管高壓不穩定容易影響測試數據的準確性和一致性；同時還需要專業人員維護和操作才能保證它的準確性，費時又費力。

發明內容

本發明目的是提供一種用于輻射計量元件的集成光釋光劑量元件，集成了劑量探測器、激發裝置和讀出器，方便實時監測和現場檢測的同時降低激發所需的能耗。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：GaN?PIN/α-Al₂O₃:C/InGaNLED集成光釋光劑量元件，包括：α-Al₂O₃:C襯底1、n型摻雜層3、三周期InGaN量子阱層/GaN量子壘層5、p型摻雜層7、p電極10和n電極11；所述n型摻雜層3是摻雜硅的GaN層，摻雜濃度在1×10¹⁸/cm³～1×10¹⁹/cm³之間；所述p型摻雜層7是摻雜鎂的GaN層，摻雜濃度在1×10¹⁹/cm³～1×10²⁰/cm³之間；n型GaN摻雜層3設在α-Al₂O₃:C襯底1的一個表面，所述三周期InGaN量子阱層/GaN量子壘層5設置在n型GaN摻雜層3的表面上，所述p型GaN摻雜層7設置在三周期InGaN量子阱層/GaN量子壘層5的表面上，接觸電極10和11分別設置在所述p型GaN摻雜層7和所述n型GaN摻雜層3的表面上；