مقدمه:

در سالهای اخیراستفاده از ماسفت ها درزمینه های مختلف ماننددوزیمتری در ماموریتهای فضایی، صنایع هسته ای وتحقیقاتی، رادیولوژی ورادیوتراپی گسترش پیدا کرده است.[۱-۲] مثلا برای کنترل مراحل رادیوتراپی تعیین دوزدریافتی بیماران با استفاده از دوزیمتر ماسفت ضروری می باشد. سایر انواع دوزیمترها مانندترمولومینسانس ها (TLDs) ، دیودهای نیم رساناودوزیمترهای ترمولومینسانس شبیه سازی شده اپتیکی (OSDLs) به طور گسترده ای برای اندازه گیری تابش یونیزان استفاده می شود.[۳] ترمولومینسانس ها قابلیت باز خوانی سریع را ندارندوباز خوانی آنها به زمان نیاز دارد. دوزیمترهای دیودی نیزبرای عملکردبه یک منبع خارجی نیاز دارند.[۴] در مقایسه با انواع مختلف دوزیمترها برخی مزیت های عمده دوزیمترهای ماسفت عبارتند از: ارائه نتایج دوزیمتری به صورت سریع ودقیق، باز خوانی غیر مخرب اطلاعات دوزیمتری، کوچک بودن حجم دوزیمتر، عدم نیاز به توان بالا، حساسیت قابل تنظیم، محدوده دوزقابل اندازه گیری وسیع، ارزان بودن آن نسبت به سایر دوزیمترها. اساس کار ماسفتها به عنوان دوزیمتر، شیفت ولتاژ آستانه در اثر تابش می باشد. عملکرد ماسفتهادرپرتودهی نتیجه ای ازفرایند های وابسته به انرژی نظیر، تشکیل الکترون-حفره، بازترکیب الکترون-حفره، انتقال حفره، به دام اندازی

عمیق حفره، دامهای میانی ایجاد شده توسط تابش وبارهای مثبت به دام افتاده در لایه اکسید می باشد. این فرایندها باعث شیفت ولتاژ آستانه می شود. هدف این مقاله، بررسی میزان حساسیت ماسفتها در دوزهای پایین رایج در رادیوتراپی و ورادیولوژی داخلی می باشد.

×روش کار:

تعداد بیست عدد از ماسفتهای ۳ ۱۶۳ به سه دسته تقسیم شدند: اولین دسته با اشعه-۲۰۰ Xودومین دسته با اشعه-۲۸۰ وسومین دسته با اشعه گاما باانرژی۱٫۱۷ و۱٫۳۳ حاصل از کبالت ۶۰ پرتودهی شدند. پرتودهی با باریکه ای عمود بر صفحه اکسید گیت درمحدوده دوز ۱تا۵ گری درحالت بدون بایاس (غیر فعال) و نیز در حالت فعال با بایاس+۵ ولت بر روی گیت انجام شد. به منظور کاهش خطای ناشی از تغییر دما ولتاژ آستانه بلافاصله بعد از هر پرتودهی اندازه گیری شد. شیفت ولتاژ آستانه ایجاد شده را می توان به صورت زیر محاسبه نمود.
(۱) = − = ∆
۰

که در آن پارامترهای A و n به ولتاژ بایاس گیت در طول تابش، ضخامت اکسید گیت، دوز جذب شده تابش بستگی دارد. دوروش برای تعیین ولتاژآستانه وجود دارد:[۵] الف) تعیین ولتاژآستانه براساس مشخصه های انتقال ماسفت((TF، از قطع دادن خط مماس بر ناحیه خطی منحنی − ۲√ با محور ، ب) تعیین ولتاژآستانه در یک نقطه ثابت از منحنی مشخصه انتقال − که مدار بازخوانی (RC) نامیده می شود. درروش دوم مطابق شکل((۱ ، ماسفت به صورت قطعه ای دو پایه ای عمل می کند. در کانال ماسفت جریان ثابت = ۱۰μ برقرار می شود وولتاژ اندازه گیری می شود. این ولتاژ، ولتاژ آستانه را نشان می دهد. مدار باز خوانی اندازه گیری سریع ولتاژ آستانه را امکان پذیر نموده وحساسیت دمایی در طول باز خوانی را کاهش می دهد.

S V

S
B G

out V

D

شکل :(۱) مدار مربوط به بازخوانی (RC)

×نتایج:

نتایج نشان داده شده در این تحقیق، اندازه گیری وتجزیه وتحلیل اثر تابش گاما و اشعه-X روی عملکرد ماسفتها برای نشان دادن امکان استفاده آنها در دوزیمتری تابش های هسته ای مخصوصا در رادیوتراپی ورادیولوژی داخلی می باشد. شکل (۲)و((۳ نتایج به دست آمده تابش اشعه-X به ترتیب با۲۰۰ و۲۸۰ با استفاده از روشهای تعیین ولتاژ آستانه از روی منحنی مشخصه((TF و با استفاده از مدار بازخوانی (RC)، برای حالت غیر فعال وحالت فعال با بایاس +۵ را نشان می دهد.

شکل :(۲) تغییرات ولتاژ آستانه در حالت غیر فعال وفعال شکل :(۳) تغییرات ولتاژ آستانه در حالت غیر فعال وفعال

برای اشعه-۲۸۰kV X برای اشعه ۲۰۰kV X-

مطابق شکلهای (۲) و((۳تطابق بین دوروش در تمام مواردرضایت بخش است. اما بدلیل سادگی روش بازخوانی استفاده از مدار بازخوانی در کاربردهای تجربی مناسبتر می باشد. همچنین برای یک دوز تابش یکسان، اشعه-X های باانرژی پایین منجر به تغییرات بیشتر در ولتاژ آستانه می شوند.
نتایج مشابهی توسط محققین شرکت کانادایی تامسون و نیلسون بدست آمده است .[۶] همچنین افزایش ولتاژ گیت درپرتودهی ماسفت منجر به تغییر قابل ملاحظه ای در مقدار ولتاژ آستانه می شود. پاسخ مشابهی از این ماسفتهادر پرتودهی گاما برای دوزهای چند ده تا چند صد گری قبلاگزارش شده است.[۷-۸] مطابق شکل (۴) ،رفتار ماسفت درتابش گاما مشابه حالت پرتودهی با اشعه-X می باشد ولی تغییرات ولتاژ آستانه با افزایش دوز به صورت قابل ملاحظه ای کمتراست واین نشان می دهد که حساسیت ماسفت به گاما کمتر از اشعه-X می باشد. طبق نتایج نشان داده شده در شکل های((۵و((۶حالت غیر فعال با توجه به اینکه در فرایند پرتودهی هیچ نیازی به منبع تغذیه وجود ندارد، می تواند مفید باشدولی در حالت فعال حساسیت و خطییت بیشتری به دست می آید.