辐射传感器和剂量仪制造技术

一种半导体辐射传感器（１００），包括：衬底（１０２）；安装到衬底（１０２）的载体材料（１０４）；以及安装到载体材料（１０４）的半导体检测器（１０６）。半导体检测器（１０６）的辐射敏感部分朝着载体材料（１０４）定位，并通常远离衬底（１０２），载体材料适用于向半导体检测器（１０６）的辐射敏感部分传输辐射。还提供了一种包括辐射传感器（１００）的剂量仪以及一种制造辐射传感器（１００）的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种辐射传感器和基于该传感器的剂量仪。本专利技术的应用具体但不限于测量光子或电子场中的辐射剂量，诸如用于辐射医学(包括辐射治疗和基于辐射的诊断)。
技术介绍
金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)和二极管传感器已经用于辐射治疗中的辐射剂量测定和其他应用，诸如空间和个体剂量测定。MOSFET通过在栅极氧化物中捕获与沉积在栅极中的被吸收剂量成比例的正电荷来工作。累积电荷改变了在恒定电流下测量的MOSFET传感器的阈值电压。 MOSFET传感器的优点是其较薄的敏感体栅极氧化物(sensitive volume-gate oxide)(代表性地小于1微米)；这允许以较高的空间分辨率来测量剂量图案，而这在强度调制辐射治疗(MRT)和适形治疗以及近距治疗中很重要。MOSFET检测器的另一优点是其在辐射期间积累剂量并在多次读出后保持剂量信息的能力，借助热释光剂量仪(TLD)检测器无法实现这一点。 用于辐射剂量测定的硅二极管通常以无源模式工作。二极管的p-n结产生的内部电场在二极管基极中的扩散长度内收集辐射所感生的电荷；这提供了与辐射剂量率成比例的短路电流。该电流的积分提供了对总剂量的测量。通常，二极管的敏感区的量级为50微米。这些二极管的简易性和鲁棒性使其对于辐射治疗和活体内实时剂量测定很有吸引力。在许多应用中，通过在辐射期间将二极管放置在患者身上，二极管被用于入射剂量和出射剂量的测量。这两种剂量都与在其中实现带电粒子均衡的等效水深(WED)D^处的测量相关联；通过在6至18MV之间改变X射线光子能量，该深度可以在1. 5cm至4cm之间变化。为了使二极管传感器的构造小型化，使用了不同的材料，例如对于1至4MV的光子使用了 Al或Cu，对于4至12MV的光子使用了黄铜，而对于12至25MV的光子使用了 Ti 。 在过去的10年中，已经开发了各种MOSFET剂量测定系统。用于辐射治疗剂量测定的重要MOSFET参数包括响应的各向异性、响应对于环境温度变化的非敏感性以及测量皮肤剂量和深度剂量的能力。已经提出了双MOSFET传感器以补偿阈值电压的温度依存性；使用比较电路对受辐射的MOSFET传感器和具有相同温度系数的控制MOSFET传感器的栅极电压进行比较。 另一种剂量测定探测器包括在单个衬底上产生的双MOSFET(所以它们基本相同)。在辐射期间，配对的MOSFET的栅极以不同的正电压来偏置，导致了不同的响应；测试模式中的微分信号于是与被吸收的剂量成比例，同时补偿MOSFET的温度不稳定性。在包括双MOSFET探测器的许多种辐射MOSFET探测器中，MOSFET管芯(通常量级为lmmXlmm且O. 35mm至0. 5mm厚)位于具有其端部用作连接焊盘(pad)的嵌入式铜引线的K即ton牌聚合物的尾部的一端上，每个MOSFET的衬底、源极、漏极和栅极通过导线接合(利用铝或金导线)到该连接焊盘。铜引线的其他端部连接到插入数据读取器的插座。应用环氧树脂封壳来固定接合导线并保护MOSFET管芯免受环境情况的影响。铜引线和环氧树脂导致了附加的响应各向异性，尤其是对于较低能量的光子，诸如在HDR近距治疗(其中以360keV的平均光子能量来使用Ir-192源)和诊断技术中所使用的光子。这种封装具有环氧树脂的形状不可再现的附加问题，这导致对于每个探测器的构造都不同以及在WED中约O. 7mm至lmm的差异。 用于辐射治疗应用的MOSFET传感器，无论是无源的还是有源的，当前都被提供作为或者一次性的("OneDose" )或者多次使用的(Thompson Nelson MOSFET系统)MOSFET，或者用于内部使用的无线供电且可植入的MOSFET ;所有的MOSFET传感器都构造有环氧树脂封壳或其他覆盖物。这对于在身体内部进行剂量测量(利用可植入的无线M0SFET)时的内部使用来说问题较少，其中存在带电粒子均衡并且MOSFET响应主要由从周围组织而非从环氧树脂产生的高能次级电子来驱动。然而，当用于皮肤剂量测定或者在解剖腔内部时(其中，组织-空气接口处的剂量测定对于剂量规划系统(DPS)验证很关键)，环氧树脂和当前的封装使得无法实现MOSFET剂量仪的栅极氧化物的微米厚度的全部优点。类似的问题也存在于用于这些应用的二极管传感器。 —种用于改进MOSFET检测器响应的各向异性的技术将MOSFET管芯放置在K即ton尾部的表面上，其中管芯的后部与导线接合到顶侧(基本如上文所述)，但是具有与MOSFET管芯相同厚度的虚拟Si管芯与MOSFET管芯的表面相邻以覆盖MOSFET表面栅极的有源区和周围区域；环氧树脂封壳也用来提供机械固定和免于受环境影响的保护。在两个Si主体层之间插入敏感的剂量测定微米表面层(即MOSFET栅极或二极管p_n结)使得辐射路径更加各向同性。也已经提出了用于侧向MOSFET检测器的类似方案，用来在微束辐射治疗(MRT)中测量通过窄微米同步加速器X射线微束所沉积的剂量，以使在扫描穿过微束的侧向MOSFET时的散射条件变得一致。然而，该方法没有解决借助MOSFET检测器或二极管进行皮肤剂量测定的问题，增加了剂量测量的WED，并且产生了由于环氧树脂造成的WED大和WED再现性差的问题。 由于表皮的基底层在深度为70微米至200微米处的辐射损伤，所以皮肤剂量的精确测量在X射线MV治疗和辐射诊断中很重要。重要的是，确定由于来自加速器和患者之间的空气柱中的光子相互作用的电子污染造成的皮肤剂量。皮肤剂量取决于波束在患者身上的入射角、患者身体表面的曲率；其随着增加的波束入射角和波束尺寸而增大，尤其是在借助乳腺癌治疗中的切线辐射波束的情况下。由于身体表面上缺少带电粒子均衡，所以剂量梯度是陡峭的，这在MOSFET测量的WED高并且在一批MOSFET内有不可再现性的缺陷的情况下，导致了皮肤剂量测定中的误差。实时的皮肤剂量控制对于避免会导致严重的并发症(特别是在乳腺癌的治疗期间)的辐射烧伤很重要。 已经报道了具有上文所述的圆形环氧树脂封壳并且WED为1.8mm的MOSFET，用于借助6MeV的X射线波束来进行测量，其中场尺寸为10cmX 10cm。人为地尝试部分移除环氧树脂使得同一批MOSFET的WED散布在0. 04mm至0. 15mm的范围中，导致了对于皮肤剂量测定不可接受的缺乏WED再现性。 具有参考文献中描述的类型的封装的M0SFET的响应的改进的各向异性依然 没有在辐射治疗中提供正确的皮肤剂量测定。 已经证实的是，使用裸(未封装)MOSFET允许精确测量模型的表面上的剂量； 这利用了剂量测定层(即栅极氧化物)薄的优点，但是使MOSFET的栅极相对于潮湿和机械 损坏没有保护是不现实的。 在
技术介绍
中，通常使用双M0SFET传感器和双偏置电源在辐射期间对传感器的栅极进行不同的偏置，来实现传感器响应的温度稳定性。中采用了这种技术。 可替选地，M0SFET的电流-电压特性上的热稳定点在测量期间保持为可被识别的。然而，与电流_电压特性的热稳定点相对应的读出电流对于任何特定的M0SFET来说是唯一的，并随批次而变化。
技术实现思路
根据第一概括方面，本专利技术提供了一种半导体辐射传感器，其包括衬底； 安装到衬底的载体材料；以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体辐射传感器，其包括：衬底；安装到所述衬底的载体材料；以及安装到所述载体材料的半导体检测器；其中，所述半导体检测器的辐射敏感部分面向所述载体材料并通常远离所述衬底，并且所述载体材料适用于向所述半导体检测器的所述辐射敏感部分传输辐射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿纳托利罗森菲尔德，
申请(专利权)人：卧龙岗大学，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]