[发明专利]用于辐射计量的光释光剂量元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于辐射计量的光释光元件。

背景技术

OSL(Optically Stimulated Lμminescence)又称光致发光，是一项新的辐射剂量监测技术，是继LiF(Mg，Ti)热释光和LiF(Mg，Cu，P)热释光后的第三代辐射剂量监测技术，在全球范围内用于个人剂量监测已有数年的历史，使用该技术进行个人剂量监测的人数已有约150万人。

光致发光探测系统中，射线的探测物质是α-Al₂O₃:C，每一个探测元件是一个圆形的α-Al₂O₃:C圆片，它们受到辐照后所产生的电子空穴对会被物质内的晶格缺陷捕获；在读取剂量时，α-Al₂O₃:C圆片受到发光二极管所发出532nm光的激发，被晶格缺陷捕获的电子或空穴受激进入相应的导带或价带，这些自有的电子或空穴遇到晶体内的复合中心就释放出326nm和420nm两个荧光峰，发光峰经光电探测器转换成电信号，该电信号正比与所受辐照强度。

光致发光探测系统相比热释光探测系统具有以下优点：

(1)受热激发(TLD，热释光)，被捕获的载流子将全部被释放；而受光的激发(光释光)，每一次激发则只有很少一部分载流子被释放，通过控制激发光的频率可以优化这个过程，因此绝大部分的荧光信号仍保留在元件内，而且是非破坏性的，因此可以重复分析；

(2)α-Al₂O₃:C具有很高的灵敏度，是LiF(Mg，Ti)的40～60倍，其主体发射峰在410～420nm(绿光)处，线性响应可达到50Gy；可以在低剂量和低能量(可低至5keV)的应用场所保证测量数据的精确；

(3)光释光剂量计具有抗冲击，同时对湿、热及化学物质不敏感；剂量计的极佳的衰退特性可以延长佩戴期限，同时保证剂量数据的准确可靠。

现有的辐射探测计量系统包括：剂量探测器、激发装置和读出器，并且现有的剂量计系统(热释光或光释光)都是剂量探测器和读出器相分离的系统，其中，剂量元件一般是一个直径为5mm左右，厚度在1mm以下的α-Al₂O₃:C圆片；激发设备一般为激光器或LED光源，读出器一般为光电倍增管和一些电路组成。通常“激发设备”和“读出器”集成在一起构成一个读出仪器设备。检测辐射的步骤包括：“剂量元件”放在专用的剂量盒中佩戴在相关人员身上，经一段时间后，相关人员将剂量盒交给专业人员，专业人员将“剂量元件”从剂量盒中取出，放入读出仪器设备的“剂量元件”架上，开启读出程序，读出剂量数据。

上述技术方案导致很多问题，如：不能实时监测、不能现场监测，而这两点在安全和远程监控方面很重要；另外现有的读出器，一方面价格昂贵，而且，读出仪需要加热(热释光)和光电倍增管需要高压，因此能耗较大，光电倍增管高压不稳定容易影响测试数据的准确性和一致性；同时还需要专业人员维护和操作才能保证它的准确性，费时又费力。

发明内容

本发明目的是提供一种用于辐射计量元件的集成光释光剂量元件，集成了剂量探测器、激发装置和读出器，方便实时监测和现场检测的同时降低激发所需的能耗。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：GaN PIN/α-Al₂O₃:C/InGaNLED集成光释光剂量元件，包括：α-Al₂O₃:C衬底1、n型掺杂层3、三周期InGaN量子阱层/GaN量子垒层5、p型掺杂层7、p电极10和n电极11；所述n型掺杂层3是掺杂硅的GaN层，掺杂浓度在1×10¹⁸/cm³～1×10¹⁹/cm³之间；所述p型掺杂层7是掺杂镁的GaN层，掺杂浓度在1×10¹⁹/cm³～1×10²⁰/cm³之间；n型GaN掺杂层3设在α-Al₂O₃:C衬底1的一个表面，所述三周期InGaN量子阱层/GaN量子垒层5设置在n型GaN掺杂层3的表面上，所述p型GaN掺杂层7设置在三周期InGaN量子阱层/GaN量子垒层5的表面上，接触电极10和11分别设置在所述p型GaN掺杂层7和所述n型GaN掺杂层3的表面上；