基于柔性PIN二极管的辐照强度检测器的制作方法

本实用新型涉及的检测器适用于对空间中辐射源辐射强度的检测，主要检测单元为柔性PIN二极管。具体讲,涉及基于柔性PIN二极管的辐照强度检测器。

背景技术：

随着航空航天，医疗卫生以及核电技术等的发展，辐射问题逐渐引起了人们的广泛关注。在日常生活以及科研工作中，我们通常希望对质子辐射，电离辐射和中子辐射的辐射强度进行计量，以便于进行辐射预警以及对辐射的定性分析。同时，我们也希望所用检测器可以快速高效的检测出辐射强度的变化以及满足在空间受限情况下的使用。更重要的是，我们希望使用的辐射检测装置售价较低，可大范围应用。然而现有的辐射检测仪对辐射的检测局限于单一辐射，且电离辐射检测装置受天线带宽影响需要额外的DSP模块对信号进行变频处理，大大增加了辐射检测仪的生产成本。并且传统的基于硬质基底的PIN二极管辐射检测装置受其自身条件限制无法在空间受限的情况下进行辐照检测。上述缺点不利于辐射强度检测器进行大规模的推广和使用。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本实用新型旨在实现对质子辐射，电离辐射和中子辐射辐射强度的快速高效检测。本实用新型采用的技术方案是，基于柔性PIN二极管的辐照强度检测器，可拆卸的辐照探测阵列，包括探测阵列控制单元、可拆卸的辐射强度探测阵列、前端预处理电路、A/D转换电路、处理器；可拆卸的辐射强度探测阵列由众多辐射强度探测单元有序排列而成，其中辐射强度探测单元由2个起探测作用的柔性PIN二极管，一个起开关作用的TFT器件以及传输数据的金属互连线构成；探测阵列输出信号到前端预处理电路，之后通过A/D转换电路将测得的模拟信号转换成数字信号传输到探测阵列控制单元实现对辐照强度的判定，并将判定结果进行显示/输出。

衬底包括PET塑料基板和SU8粘合层，用来支撑柔性PIN二极管和TFT开关器件，检测单元制作在PET塑料基板上，在PET塑料上表面有一层SU8材料层，作为PET基板与探测部分之间的粘合层，探测部分的主体部分包括2个并联的柔性PIN二极管和1个TFT开关，柔性PIN二极管由：P掺杂区、N掺杂区和未掺杂区相互交叉组成；柔性TFT开关由：未掺杂区和N型掺杂区组成，该区域为主要的辐射检测区域，该区域呈正方形或者是长方形。

柔性PIN二极管的，由P掺杂区、N掺杂区和未掺杂区相互交叉组成，具体地N掺杂区-未掺杂区-P掺杂区-第二层未掺杂区-第二层N掺杂区；进而在N掺杂区及P掺杂区上淀积金属形成完整的柔性PIN二极管，最下方的掺杂区通过SU8胶粘合于PET塑料基板上；柔性TFT开关的掺杂区也是通过SU8胶粘合于PET塑料基板上，由未掺杂区和N型掺杂区交叉组成，即N掺杂区-未掺杂区-第二层N掺杂区；并在完成位于未掺杂区上方栅氧层制作的基础上淀积金属形成完整的柔性TFT开关，柔性TFT开关由铅盒包裹；在制作出完整的柔性PIN二极管和TFT开关的基础上通过淀积金属连接PIN二极管的全部N掺杂区和TFT开关的第一层N掺杂区，并将PIN二极管中的P掺杂区引出至端口，将TFT开关的第二层N掺杂区引出至另一个端口，将TFT开关的栅氧层引出至第3个端口，实现器件的互联以及输入输出端口的设定。

柔性PIN二极管,采用插指型并联的方式进行连接，通过一个柔性TFT开关控制信号的通断，同时控制部分和探测部分间设置有隔离区域防止出现信号干扰，对探测单元开关的控制最佳实现方案为通过编程实现处理器对I/O端口输出信号的控制。

本实用新型的特点及有益效果是：

本实用新型中核心部分辐射强度探测阵列具有可拆卸功能，方便对探测阵列的更换，大大延长了设备的使用寿命。同时辐射强度探测阵列造价低廉，可随用随弃，方便快捷。

附图说明：

附图中示出本实用新型的实施例。其中：

图1示出基于柔性PIN二极管的辐射强度检测器；

图2示出辐射强度检测器辐射强度探测阵列及其内部结构；

图3示出柔性PIN二极管和柔性TFT开关结构的俯视图；

标记如下：1为金属连线，2为控制开关，3为信号读取接口，4为GND，5、7、8、12为单晶硅薄膜N型掺杂区，6、9、11为单晶硅薄膜未掺杂区，10为单晶硅薄膜P型掺杂区。其中虚线以上部分使用铅盒包裹。

图4示出柔性PIN二极管和柔性TFT开关结构的截面图；

标记如下：13为PET，14为SU-8材料，15、17为N区电极，16为P区电极，18为源电极，19为漏电极，20为栅氧层，21为栅电极。

图5示出探测单元间的连接方式。

具体实施方式

本实用新型所涉及的基于柔性PIN二极管的辐照强度检测器主要应用在航空航天、医疗卫生、核电等需要对辐射强度进行检测的工作场合中。该检测器通过柔性PIN探测器的并联使用来实现对空间中辐射源辐射强度的测定。为满足不同应用场合的需求，可拆卸的辐照探测阵列由众多辐射强度探测单元有序排列而成，其中辐射强度探测单元由2个起探测作用的柔性PIN二极管，一个起开关作用的TFT器件以及若干起数据传输作用的金属互连线构成。探测阵列外部设置有数据预处理电路以实现对收集信号的采样和前期处理，之后通过A/D转换装置将测得的模拟信号转换成数字信号传输到核心单片机中实现对辐照强度的判定，并将判定结果用液晶显示屏显示，且可通过键盘进行设置并可通过USB接口将测量数据读出。

本实用新型解决的技术问题在于利用所设计的柔性PIN二极管辐射强度检测器可以实现对质子辐射，电离辐射和中子辐射辐射强度的快速高效检测。并且该检测器核心部分可拆卸辐射强度探测阵列造价较低，不需要额外的DSP模块对信号变频处理。同时由于柔性器件具有结构轻薄、可弯曲折叠，抗机械冲击能力强等优点，适用于在空间受限情况下的辐照探测。所以，本实用新型设计的柔性PIN二极管辐照损伤探测器可满足不同辐照探测任务的需求，可以进行大规模的推广使用。

依据本实用新型，该技术问题通过一种基于柔性PIN二极管的辐射强度检测器来解决。在对柔性PIN二极管的前期研究中发现该器件的IV特性，CV特性等电学特性与不同强度的辐射强度有对应关系，且质子辐射，电离辐射和中子辐射下器件电学特性和辐射强度间的对应关系存在差异，利用这些特性可以建立起相应的分析模型，从而可以实现对空间中辐射源辐射强度的检测。同时在外围电路上设置前端预处理电路减轻后端数据分析的任务量，通过A/D转换实现对信息的分析存储。相应的显示单元和数据输出单元可以实现对数据的输出，矩阵键盘可以实现对探测器的设置。

本实用新型中核心部分辐射强度探测阵列具有可拆卸功能，方便对探测阵列的更换，大大延长了设备的使用寿命。同时辐射强度探测阵列造价低廉，可随用随弃，方便快捷。

为方便控制，本实用新型通过使用控制信号来控制柔性TFT开关以实现对检测器运行的实时监控。同时，本实用新型中的柔性TFT开关同柔性PIN二极管间使用铅盒进行隔离(即将柔性TFT开关用铅盒包裹)，防止辐照对柔性TFT开关造成损伤。

本实用新型要求柔性PIN二极管并联连接，且辐射检测面基本上呈正方形或长方形。

本实用新型所设计的检测器适用于对空间中辐射源辐射强度的检测。使用时只需将辐射强度探测阵列固定到设备上即可进行辐射强度检测。

图1示出基于柔性PIN二极管的辐射强度检测器模块结构，包括探测阵列控制单元、可拆卸插孔、可拆卸辐射强度探测阵列、前端预处理电路、A/D转换电路、处理器、I/O端口、矩阵键盘，USB接口和液晶显示器。

图2示出辐射强度检测器辐射强度探测阵列及其内部结构，探测阵列由若干检测单元水平排列而成，采集单元中核心部分是柔性PIN二极管,采用插指型并联的方式进行连接，通过一个柔性TFT开关控制信号的通断。同时控制部分和探测部分间设置有隔离区域防止出现信号干扰。

图3和图4示出基于柔性基底的PIN二极管和TFT开关的俯视图以及截面图。其中，衬底包括PET塑料基板13和SU8粘合层14，用来支撑柔性PIN二极管和TFT开关器件。检测单元制作在PET塑料基板13(其他类型普通塑料、柔性材料都可以作为衬底基材)上，在PET塑料上表面有一层SU8材料层14，作为PET基板与探测部分之间的粘合层。探测部分的主体部分包括2个并联的柔性PIN二极管和1个TFT开关。柔性PIN二极管的掺杂区通过SU8胶14粘合于PET塑料基板13上，由P掺杂区(10)、N掺杂区(8,12)和未掺杂区(9,11)相互交叉组成(即N掺杂区8-未掺杂区9-P掺杂区10-未掺杂区11-N掺杂区12)。进而在N掺杂区(8,12)及P掺杂区10上淀积金属形成完整的柔性PIN二极管。柔性TFT开关的掺杂区也是通过SU8胶14粘合于PET塑料基板13上，由未掺杂区(6)和N型掺杂区(5,7)组成(即N掺杂区7-未掺杂区6-N掺杂区5)。并在完成栅氧层20制作(位于未掺杂区6上方)的基础上淀积金属形成完整的柔性TFT开关。在制作出完整的柔性PIN二极管和TFT开关的基础上通过淀积金属连接PIN二极管的N掺杂区8,12和TFT开关的N掺杂区5，并将PIN二极管中的P掺杂区引出至端口4，将TFT开关的N掺杂区7引出至端口3，将TFT开关的栅氧层20引出至端口2，实现器件的互联以及输入输出端口的设定。而旁边区域则是上面没有详细示出的属于控制采集电路的电子技术元件。由于I区域其对辐射强度敏感，所以该区域为主要的辐射检测区域，该区域呈正方形或者是长方形。

图5示出了辐射强度检测器辐射探测单元之间的连接方式。图中探测阵列控制单元用于控制柔性TFT开关的通断，后续处理单元用于读出受辐照柔性PIN二极管的输出电流。

进行空间中辐射强度检测时，首先将可拆卸的辐射强度探测阵列安装到检测器的拆卸插孔上并固定，之后通过矩阵键盘或经USB接口连接的上位机程序控制来对设备进行初始化设置(设置警戒值等)，最后将探测器置于需探测的空间中。当空间中出现质子辐射，电离辐射或中子辐射时，柔性PIN二极管中会产生相应的漏电流变化，检测器的前端预处理器对这种漏电流的变化进行放大，降噪和稳定，之后信号进入A/D转换电路，使信号从模拟信号转化为数字信号。转化后的数字信号进入处理器中同已建立的辐射强度探测模型进行比对，得到相应的空间辐射类型和辐射强度大小，并进行寄存和输出。输出信号可以通过检测器设置的液晶显示器实时显示，也可以通过设置的USB接口传至上位机中进行后续处理。在超过警戒值时，系统将进行预警。

本实用新型设计的辐射强度检测器可以对质子辐射，电离辐射和中子辐射进行分类，并检测其辐射强度的大小。该辐射强度检测器可应用于航空航天，核电站等对辐射敏感的工作区域，也可以应用于日常生产生活中。可以通过对检测器检测模式的设定和安装具有不同数量柔性PIN二极管的可拆卸辐射强度探测阵列来满足不同应用场合的需求。