Detector de radiación ionizante sensible a la posición 2D.

El objeto de la presente invención es un dispositivo detector (1) que permite detectarla,

tanto la presencia de radiación ionizante como su posición en un plano bidimensional. El detector (1) comprende un cristal de semiconductor (2) con un electrodo en una de sus caras, y donde la cara opuesta comprende otro electrodo formado por una pluralidad de micropistas (P1-P6), caracterizado porque cada micropista (P1-P 6) comprende una capa de material resistivo (7) y está conectada por ambos extremos a circuitos de lectura (L1a, L1b-L6a, L6b).

Detector de radiación ionizante sensible a la posición 2D.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención es un dispositivo que permite detectar la tanto la presencia de radiación ionizante como su posición en un plano bidimensional.

Antecedentes de la invención

Existen varios tipos de detectores de radiación ionizante ampliamente conocidos en la técnica, como por ejemplo los detectores de semiconductor de alta resistividad. Estos detectores son de pequeño tamaño y según el tipo de material pueden funcionar a temperatura ambiente, motivos por los que son aplicables a muchos campos diferentes, desde la experimentación de física de altas energías o experimentos en el espacio hasta imagen médica o vigilancia de procesos industriales.

La Fig. 1 muestra un ejemplo de un detector de radiación (100) de semiconductor de alta resistividad de acuerdo con la técnica anterior. Este detector está formado por un bloque de cristal de semiconductor (102) que tiene dos electrodos, ánodo (A) y cátodo (C), formados en dos de sus caras opuestas por contactos óhmicos o rectificadores (103) según el tipo de semiconductor utilizado y recubiertos por un material metálico (104). Según una configuración habitual, el cátodo (C) está conectado a tierra (G) y a un circuito electrónico de lectura (L) para el procesado de la señal, mientras que el ánodo (A) está conectado a una fuente externa de tensión (V). Aplicando a los electrodos un voltaje de polarización inversa apropiado, se genera un campo eléctrico en el cristal semiconductor, representado en la figura por medio de unas flechas. Cuando una partícula de radiación ionizante (R) atraviesa el cristal semiconductor (102), pierde energía en el trayecto, generando nubes de electrones (e^-) y huecos (h⁺) que, debido al campo eléctrico, se mueven respectivamente en dirección al ánodo (A) y al cátodo (C). Este movimiento de "cargas libres" genera un pulso de carga en el cátodo (C) que se traduce en una señal eléctrica del tipo representado en la parte superior derecha de la figura, y que es detectable por el circuito externo (L). Este detector de radiación (100) sólo es capaz de detectar la presencia de radiación ionizante, pero no su posición.

Con el objeto de obtener información acerca de la posición del evento, se desarrollaron los denominados detectores de micropistas. Estos detectores, basados en los mismos principios, tienen uno o ambos electrodos subdivididos en franjas o micropistas. La Fig. 2 muestra un ejemplo de detector de micropistas (200) donde uno de los electrodos está dividido en cuatro pistas (P₁, P₂, P₃, P₄), cada una de ellas con una anchura del orden de 10-30 micras, una longitud de algunos centímetros y un paso (distancia entre el centro de dos pistas adyacentes) de unas 25-100 micras. Cada una de estas pistas (P₁-P₄) constituye esencialmente un electrodo independiente de los demás y que está conectado a un circuito de lectura (L₄, L₅) de señal independiente (en la Fig. 2 sólo se representan dos de ellos). En este caso, cuando pasa una partícula de radiación ionizante (R), la nube de cargas que se desplaza hacia las pistas (P₁-P₄) debido al campo eléctrico genera señales más o menos intensas (de mayor o menor amplitud) en función de la cercanía de las pistas (P₁-P₄) al lugar donde se han generado las cargas. De este modo, se puede deducir la posición de paso de la partícula (R) en la dimensión perpendicular a las pistas (P₁-P₄), siendo la resolución mayor cuanto menor sea el paso de las pistas (P₁-P₄). Por lo tanto, este detector (200) proporciona información acerca de la posición en una dimensión.

Evidentemente, la generalización de este concepto a dos dimensiones conduce a un detector de radiación formado por "pistas" cuadradas (píxeles). La Fig. 3 representa un detector (300) cuyos electrodos están configurados como una malla cuadrada, cada uno de cuyos elementos (P₁₁, P₁₂, P₁₃, P₂₁, P₂₂, P₂₃) está conectado a un circuito de lectura (L₁₂, L₁₃) correspondiente. Aunque este detector (300) permite obtener la posición en dos dimensiones, también necesita un sistema de lectura más complejo, lo cual aumenta sensiblemente el coste de producción.

Otra posibilidad conocida a partir de los detectores de micropistas es la segmentación del segundo electrodo, que también permite reconstruir una segunda coordenada. Sin embargo, segmentar ambos electrodos tiene el inconveniente de requerir un doble proceso de fabricación (uno por cada cara) y la necesidad de un segundo circuito de lectura desplazado con relación al primero. Esto se traduce en un aumento del coste de producción y del equipamiento electrónico, además de crecer la cantidad de material no sensible utilizado.

Existe también otro tipo de detectores de radiación sensibles a posición en 2D desarrollado como extensión de las cámaras de deriva presentadas por E. Gatti y P. Rehak en "Semiconductor Drift Chamber, An application of a novel charge transport scheme", Nucl. Instr. And Methods in Physics Research, vol. 22, páginas 608-614 (1984). Este detector (400), representado en la Fig. 4, está formado por dos juegos de cátodos (C) con forma de micropistas (P₁-P₇) paralelas situados caras opuestas del cristal de semiconductor (402). Al borde de esta estructura hay un ánodo (A) dividido en una fila de elementos. Al desplazarse las nubes de carga creadas por la radiación incidente (R), los huecos (h⁺) son recogidos rápidamente en los cátodos (C), mientras que los electrones (e^-) van hacia los elementos que forman el ánodo (A) siguiendo las líneas del campo. Una coordenada del evento depende del tiempo de deriva de los electrones (e^-), mientras que la segunda coordenada se obtiene a partir de la distribución de la señal en los elementos del ánodo (A). Al igual que en el caso del detector de micropistas doble cara, este detector requiere un doble proceso de fabricación que aumenta considerablemente su coste de producción.

Por último, recientemente se ha descubierto que el bloque semiconductor de cualquiera de los detectores descritos se puede fabricar empleando materiales como por ejemplo, pero no exclusivamente, CdTe, CdZnTe, SiC, IHg, C, GaN, los cuales no requieren de ningún implante de dopaje para la formación de los electrodos. Es decir, en este caso cada electrodo o micropista estaría constituido únicamente por el recubrimiento metálico.

Descripción de la invención

En el presente documento, cuando se hable de la generación de cargas, ya sean electrones o huecos, como consecuencia del paso de radiación ionizante, se dirá que se ha producido un "evento". El detector objeto de la presente solicitud es un detector de semiconductor capaz de detectar la posición de un evento en 2D manteniendo la sencillez de fabricación y el tipo de electrónica de lectura de un detector de micropistas de acuerdo con la técnica anterior. El concepto fundamental se basa en la sustitución del material metálico de los detectores del tipo descrito en la Fig. 2 por un material resistivo, además de conectar cada extremo de cada micropista a un circuito electrónico de lectura independiente. Además, el material del detector de la invención también se puede fabricar empleando semiconductores de alta resistividad, como por ejemplo CdTe, CdZnTe, SiC, IHg, C o GaN, en cuyo caso las micropistas estarían formadas únicamente por una capa de material resistivo.

Efectivamente, según la técnica anterior cada micropista tiene una capa de un material metálico de muy baja resistividad (por ejemplo, aluminio) y tiene un único circuito de lectura conectado a uno de sus extremos. En consecuencia, tanto la amplitud como el tiempo que tarda una señal generada por un evento desde que alcanza el contacto metálico de la micropista hasta que llega al circuito electrónico de lectura correspondiente es, a efectos prácticos, independiente de la posición del evento a lo largo de dicha micropista. Sin embargo, en un primer aspecto de la presente invención cada micropista del detector comprende una capa formada por un material resistivo y tiene dos circuitos de lectura, uno conectado a cada extremo. De este modo, la señal generada como consecuencia de un evento se transmite en ambos sentidos a lo largo del material resistivo de la micropista y es recogida en momentos diferentes...

1. Detector (1) de radiación ionizante sensible a posición en 2D que comprende un cristal de semiconductor (2) con un electrodo en una de sus caras, y donde la cara opuesta comprende otro electrodo formado por una pluralidad de micropistas (P₁-P₆), caracterizado porque la capa externa de cada micropista (P₁-P₆) es de material resistivo (7), estando dicha capa externa de cada micropista (P₁-P₆) conectada por ambos extremos a circuitos de lectura (L_1a, L_1b-L_6a, L_6b).

2. Procedimiento de detección de radiación ionizante en 2D por medio del detector (1) descrito en la reivindicación 1, donde la coordenada perpendicular a las micropistas se obtiene en función de la amplitud o forma de las señales recogidas en las diferentes micropistas, caracterizado porque comprende obtener la coordenada paralela a las micropistas (P₁-P₆) a partir de la diferencia de tiempos de llegada de las señales recogidas por los circuitos de lectura (L_1a, L_1b-L_6a, L_6b) conectados a los extremos opuestos de cada micropista (P₁-P₆).

3. Procedimiento de detección de radiación ionizante en 2D por medio del detector (1) descrito en la reivindicación 1, donde la coordenada perpendicular a las micropistas se obtiene en función de la amplitud o forma de las señales recogidas en las diferentes micropistas, caracterizado porque comprende obtener la coordenada paralela a las micropistas (P₁-P₆) a partir de la diferencia de forma o amplitud de las señales recogidas por los circuitos de lectura (L_1a, L_1b-L_6a, L_6b) conectados a los extremos opuestos de cada micropista (P₁-P₆).