[發明專利]基于柔性PIN二極管的輻照強度檢測器

在審

• 申請號: 201711080295.8
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107765289A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 秦國軒;趙政;張一波;王亞楠;黨孟嬌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01T1/24
• 分類號: G01T1/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及的檢測器適用于對空間中輻射源輻射強度的檢測，主要檢測單元為柔性PIN二極管。具體講,涉及基于柔性PIN二極管的輻照強度檢測器。

背景技術

隨著航空航天，醫療衛生以及核電技術等的發展，輻射問題逐漸引起了人們的廣泛關注。在日常生活以及科研工作中，我們通常希望對質子輻射，電離輻射和中子輻射的輻射強度進行計量，以便于進行輻射預警以及對輻射的定性分析。同時，我們也希望所用檢測器可以快速高效的檢測出輻射強度的變化以及滿足在空間受限情況下的使用。更重要的是，我們希望使用的輻射檢測裝置售價較低，可大范圍應用。然而現有的輻射檢測儀對輻射的檢測局限于單一輻射，且電離輻射檢測裝置受天線帶寬影響需要額外的DSP模塊對信號進行變頻處理，大大增加了輻射檢測儀的生產成本。并且傳統的基于硬質基底的PIN二極管輻射檢測裝置受其自身條件限制無法在空間受限的情況下進行輻照檢測。上述缺點不利于輻射強度檢測器進行大規模的推廣和使用。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在實現對質子輻射，電離輻射和中子輻射輻射強度的快速高效檢測。本發明采用的技術方案是，基于柔性PIN二極管的輻照強度檢測器，可拆卸的輻照探測陣列，包括探測陣列控制單元、可拆卸的輻射強度探測陣列、前端預處理電路、A/D轉換電路、處理器；可拆卸的輻射強度探測陣列由眾多輻射強度探測單元有序排列而成，其中輻射強度探測單元由2個起探測作用的柔性PIN二極管，一個起開關作用的TFT器件以及傳輸數據的金屬互連線構成；探測陣列輸出信號到前端預處理電路，之后通過A/D轉換電路將測得的模擬信號轉換成數字信號傳輸到探測陣列控制單元實現對輻照強度的判定，并將判定結果進行顯示/輸出。

襯底包括PET塑料基板和SU8粘合層，用來支撐柔性PIN二極管和TFT開關器件，檢測單元制作在PET塑料基板上，在PET塑料上表面有一層SU8材料層，作為PET基板與探測部分之間的粘合層，探測部分的主體部分包括2個并聯的柔性PIN二極管和1個TFT開關，柔性PIN二極管由：P摻雜區、N摻雜區和未摻雜區相互交叉組成；柔性TFT開關由：未摻雜區和N型摻雜區組成，該區域為主要的輻射檢測區域，該區域呈正方形或者是長方形。

柔性PIN二極管的，由P摻雜區、N摻雜區和未摻雜區相互交叉組成，具體地N摻雜區-未摻雜區-P摻雜區-第二層未摻雜區-第二層N摻雜區；進而在N摻雜區及P摻雜區上淀積金屬形成完整的柔性PIN二極管，最下方的摻雜區通過SU8膠粘合于PET塑料基板上；柔性TFT開關的摻雜區也是通過SU8膠粘合于PET塑料基板上，由未摻雜區和N型摻雜區交叉組成，即N摻雜區-未摻雜區-第二層N摻雜區；并在完成位于未摻雜區上方柵氧層制作的基礎上淀積金屬形成完整的柔性TFT開關，柔性TFT開關由鉛盒包裹；在制作出完整的柔性PIN二極管和TFT開關的基礎上通過淀積金屬連接PIN二極管的全部N摻雜區和TFT開關的第一層N摻雜區，并將PIN二極管中的P摻雜區引出至端口，將TFT開關的第二層N摻雜區引出至另一個端口，將TFT開關的柵氧層引出至第3個端口，實現器件的互聯以及輸入輸出端口的設定。

柔性PIN二極管,采用插指型并聯的方式進行連接，通過一個柔性TFT開關控制信號的通斷，同時控制部分和探測部分間設置有隔離區域防止出現信號干擾，對探測單元開關的控制最佳實現方案為通過編程實現處理器對I/O端口輸出信號的控制。

本發明的特點及有益效果是：

本發明中核心部分輻射強度探測陣列具有可拆卸功能，方便對探測陣列的更換，大大延長了設備的使用壽命。同時輻射強度探測陣列造價低廉，可隨用隨棄，方便快捷。

附圖說明：

附圖中示出本發明的實施例。其中：

圖1示出基于柔性PIN二極管的輻射強度檢測器；

圖2示出輻射強度檢測器輻射強度探測陣列及其內部結構；

圖3示出柔性PIN二極管和柔性TFT開關結構的俯視圖；

標記如下：1為金屬連線，2為控制開關，3為信號讀取接口，4為GND，5、7、8、12為單晶硅薄膜N型摻雜區，6、9、11為單晶硅薄膜未摻雜區，10為單晶硅薄膜P型摻雜區。其中虛線以上部分使用鉛盒包裹。

圖4示出柔性PIN二極管和柔性TFT開關結構的截面圖；

標記如下：13為PET，14為SU-8材料，15、17為N區電極，16為P區電極，18為源電極，19為漏電極，20為柵氧層，21為柵電極。

圖5示出探測單元間的連接方式。