Fatores que influenciam a resposta do dosímetro MOSFET

2.2.3.1 Influência da temperatura

Nos dispositivos semicondutores atenção especial deve ser dada à influência da temperatura na tensão de limiar (Vth) e na corrente Ids (corrente dreno-fonte), uma vez que a

Scarantino et al. (2004) mostraram que mudanças na temperatura podem afetar a tensão de limiar na ordem de 4 a 5 mV/ °C e a sensibilidade pode variar de 8 a 20 cGy/mV por °C.

Numa pesquisa realizada por Cheung, Butson e Yu (2004) a resposta de um dosímetro MOSFET foi monitorada para temperaturas entre 20 e 45 °C, apresentando uma variação máxima de 50 mV no valor do Vth neste intervalo. O gráfico obtido a partir dos resultados dos

seus trabalhos é apresentado na Figura 17.

Figura 17 – Variação da tensão de limiar em função da temperatura

Fonte: Cheung, Butson e Yu, (2004)

Observa-se portanto que, com o aumento da temperatura ouve uma redução da tensão de limiar. Da mesma forma, Kinhikar et al. (2006) mostraram que a dose absorvida avaliada por MOFEST pode ser reduzida em 1,5% ao aumentar a temperatura de 20°C para 37 °C.

Um método para reduzir os efeitos da temperatura nas medidas é utilizar dois sensores MOSFET, com tensão de porta distintas, no qual a dose é calculada em função da diferença da tensão de limiar dois sensores. Soubra, Cygler e Mackay (1994), utilizando-se deste método, mostraram que no intervalo de 0 a 80 °C o coeficiente de temperatura variou entre 0 e 0,015mV/°C, sendo muito menor do que apresentado por Scarantino et al. (2004) que utilizou apenas um MOSFET.

2.2.3.2 Dependência energética

A resposta dos dosímetros MOSFET apresenta grande dependência energética, devido ao alto número atômico dos materiais que os constituem, tornando-se necessário avaliar a resposta do dosímetro em função da energia da radiação, de modo a realizar as correções necessárias e uniformizar a resposta para feixes de energias distintas.

Tal dependência energética foi avaliada por Ramaseshan et al. (2004), que constataram uma variação de ±2% na resposta do dosímetro para feixes de elétrons entre 5 MeV e 21 MeV e variação de ±3% para feixes de fótons de 4 MV a 25 MV.

A Figura 18 mostra a resposta de um dosímetro MOSFET (normalizada para 9 MeV) a feixes de elétrons com energias de 4 a 18 MeV, onde se observa que entre 6 e 18 MeV não houve uma mudança significativa na sensibilidade (MANIGANDAN et al., 2009).

Figura 18 - Dependência energética de um dosímetro MOSFET

Fonte: Manigandan et al. (2009)

A resposta de um MOSFET a feixes de raios-X com tensão de tubo entre 50 kVp e 10 MV foi avaliada por Cheung, Butson e Yu (2009). A maior sensibilidade foi encontrada em

75 kVp, o qual corresponde, na Figura 19, a feixe com energia de 35 keV. Neste ponto, a resposta foi 3,2 vezes maior do que a obtida em 6 MV.

Figura 19 – Resposta de um detector MOSFET para feixes de raios-X de diversas energias

Fonte: Cheung, Butson e Yu (2009)

Lian (2013) avaliou a resposta de dosímetros MOSkin para feixes de raios-x com tensão de tubo entre 50 kV e 250 kV. Conforme visto na Figura 20 a resposta do dosímetro diminui com o aumento da energia do feixe. Isso ocorre porque a maior parte da energia depositada na região sensível do MOSkin é gerada por efeito fotoelétrico, o qual é dominante para fótons de baixa energia.

Figura 20 – Dependência energética do MOSkin para feixes de raios-X entre 50 kV e 250 kV

Fonte: Lian (2013)

2.2.3.3 Dependência Angular

A dependência angular de um MOSFET está relacionada ao seu formato e construção, uma vez que a estrutura de um MOSFET não é esférica e homogênea. Portanto, em tal dosímetro, a resposta pode variar dependendo do ângulo de incidência da radiação (IAEA, 2013).

A Figura 21 mostra a dependência angular de um MOSFET irradiado com doses de 3 Gy, onde visualiza-se o desvio máximo de 5,5% entre 0o _{e 180º (KINHIKAR et al., 2006).}

Figura 21- Avaliação da dependência angular de um dosímetro MOSFET

Fonte: Kinhikar et al. (2006)

A dependência angular também pode variar em função da energia da radiação incidente e o fator de correção angular varia em função do ângulo e da energia do feixe (DONG et al., 2002).

Tal diferença foi constatada por Dong et al. (2002), o qual avaliou a dependência angular da resposta de um dosímetro MOSkin para feixes de raios-x de 60 kVp, 90 kVp e 117 kVp .

Figura 22 – Dependência angular de um dosímetro MOSFET

Na Figura 22, Dong et al. (2002) apresentaram a dependência da resposta de um dosímetro MOSFET com relação ao ângulo de incidência da radiação e tensão do tubo de raios- x, mostrando que a energia do feixe também influencia na dependência angular.

2.2.3.4 Efeito “creep-up”

O efeito creep-up acontece ao se realizar leituras consecutivas em dosímetros MOSFET, onde a tensão aplicada no MOSFET pelo circuito de medida provoca uma perturbação temporária na distribuição de cargas e o aumento da tensão de limiar medida (RAMANI; RUSSELL; O’BRIEN, 1997; LIAN, 2013).

Tal efeito ocorre para doses acumuladas maiores do que 20 Gy e a perturbação geralmente decai alguns minutos após a leitura. Porém, caso outra leitura seja realizada antes da estabilização do dosímetro, a perturbação pode ser amplificada, resultando em numa falsa elevação da dose aparente medida (RAMANI; RUSSELL; O’BRIEN, 1997).

Figura 23 - Efeito creep-up

Fonte: Ramani, Russell e O’Brien (1997)

O gráfico apresentado na Figura 23, que é decorrente do trabalho de Ramani et al (1997), mostra que após 60 segundos não há mais influência do efeito creep-up. Ainda, o maior incremento observado foi de 4 mV, resultando em uma dose aparente de 0,04 Gy, que pode ser significativa ao se mensurar baixas doses.

2.2.3.5 Danos causados pela radiação

Dosímetros MOSFET possuem uma vida útil limitada e devem ser descartados após atingirem determinado histórico de dose, informado pelo fabricante. Tais limites são baseados na redução da sensibilidade, estabilidade e linearidade.

A perda de sensibilidade se explica pelo armadilhamento de cargas positivas na camada de óxido de silício, sendo que a quantidade de cargas armadilhadas é proporcional à dose absorvida pelo MOSFET e, quanto maior o número de cargas armadilhadas, menor será a sensibilidade (ALSHAIKH, 2012).

A instabilidade é um resultado do aumento no número de armadilhas na interface Si- SiO2 na região do silício, assim como, de impurezas criadas durante a construção do dispositivo

(ALSHAIKH, 2012).

Na Figura 24 é possível observar a distribuição de cargas após a irradiação de um dispositivo MOSFET, na qual visualiza-se o armadilhamento de cargas positivas na camada de óxido de silício e o aumento de armadilhas na interface Si-SiO2, responsáveis pela perda de

sensibilidade e aumento da instabilidade.

Figura 24 - Distribuição de cargas após a irradiação de um MOSFET

Conforme exemplificado por Scarantino et al. (2004) a sensibilidade inicial de um MOSFET em feixes de fótons de alta energia é tipicamente em torno de 0,5 mV/cGy e pode cair para 0,3 mV/cGy após receber uma dose de 80 Gy.

Para os dosímetros MOSkin, Lian (2013) recomenda que haja uma recalibração do mesmo à cada 2,5 Volts de incremento na tensão de limiar. Recomenda-se também que o dosímetro não seja utilizado quando a tensão de limiar estiver acima de 10 Volts, pois a sensibilidade e o aumento do erro na resposta comprometem sua utilização.

Para recuperar a sensibilidade e estabilidade originais, métodos de annealing podem ser utilizados. Tais métodos serão discutidos no próximo tópico.