Μοντελοποίηση τρανζίστορ τύπου MOSFET και προσομοίωση της επίδρασης ροής νετρονίων

Μοντελοποίηση τρανζίστορ τύπου MOSFET και προσομοίωση της επίδρασης ροής νετρονίων Με τη χρήση του κώδικα Monte Carlo N Particle Μήτκα Ελευθερία Υπ. Διδάκτωρ, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών ΔΠΘ Ξάνθη, Ελλάδα em3933@ee.duth.gr Abstract Η μελέτη της επίδρασης των ακτινοβολιών στις ηλεκτρονικές συσκευές παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον διότι οι συσκευές αυτές κατέχουν πρωτεύοντα ρόλο στις εξελίξεις των τεχνολογικών εφαρμογών που διευκολύνουν την καθημερινή ζωή των ανθρώπων. Για το λόγο αυτό το σύνολο του επιστημονικού κόσμου παρακολουθεί επισταμένως την επίδραση στα χαρακτηριστικά λειτουργίας των διατάξεων αυτών κατά τη ροή ακτινοβολιών. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μοντελοποίηση του τρανζίστορ τύπου MOSFET με τη βοήθεια του κώδικα Monte Carlo N-Particle ο οποίος και βοήθησε στο να ακτινοβοληθεί η όλη διάταξη με πηγή νετρονίων διαφόρων ενεργειών και να μελετηθεί η διάχυση των νετρονίων στο τρανζίστορ MOSFET. Η τεχνολογία τρανζίστορ τύπου MOSFET επιλέχθηκε διότι από τις αρχές του 1970 και έπειτα γνώρισε αλματώδη ανάπτυξη λόγω του χαμηλού κόστους και της υψηλής πυκνότητας ολοκλήρωσης των συγκεκριμένων τρανζίστορ. Παράλληλα το μικρό μέγεθος των διατάξεων αυτών επέτρεψε τη χρήση τους σε πολυάριθμες εφαρμογές μικροϋπολογιστικών συστημάτων. Ερευνητική περιοχή: Hλεκτρονική Λέξεις-κλειδιά; MOSFET; ροή νετρονίων; MCNP5; ακτινοβόληση; μοντελοποίηση I. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ Τα τρανζίστορ τύπου MOSFET χρησιμοποιούνται, σήμερα, ευρύτατα τόσο στο χώρο της Πυρηνικής Τεχνολογίας ως αισθητήρια μέσα σε εγκαταστάσεις αντιδραστήρων, όσο και στη δοσιμετρία για την μέτρηση της δόσης που απορροφούν οι εργαζόμενοι. Επίσης, είναι απαραίτητα στο χώρο της Ιατρικής όσον αφορά στην αντιμετώπιση καρκινικών παθήσεων (Boron Neutron Capture Therapy). Στην παρούσα εργασία, αρχικά, μοντελοποιείται το τρανζίστορ τύπου MOSFET ενώ ιδιαίτερη αναφορά γίνεται και στην περιγραφή της αλληλεπίδρασης του τρανζίστορ με ροή νετρονίων με τη χρήση του κώδικα MCNP5. Γίνεται η περιγραφή της γεωμετρίας των σχημάτων που χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνθεση της διάταξης ξεκινώντας από το εσωτερικό. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα των διαφόρων υπολογισμών που έγιναν με τον κώδικα MCNP. Σημαντική θέση κατέχουν τα διαγράμματα των υπολογισμών για την κατανομή των παλμών συναρτήσει της ενέργειας των νετρονίων που πραγματοποιήθηκαν τόσο με θωράκιση Λιθίου όσο και χωρίς. II. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ Στην ενότητα αυτή περιγράφεται η πηγή της διάταξης του τρανζίστορ, τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα χαρακτηριστικά της πηγής, η θωράκισή του ενώ ακολουθεί η ανάλυση των παραμέτρων που η μεταβολή τους μπορεί να επηρεάσει το ποσό της ακτινοβολίας των νετρονίων που απορροφά η διάταξη. A. Η πηγή της διάταξης Υπάρχουν πολλοί τρόποι να προσεγγίσει κανείς μία προσομοίωσης. Αντί να γίνει μία σειρά προσομοιώσεων χρησιμοποιώντας διαφορετικές μονοενεργειακές πηγές νετρονίων για κάθε μία προσομοίωση, το φάσμα διαιρείται σε έναν αριθμό ενεργειακών ομάδων. Ο προσδιορισμός της απόκρισης του MOSFET μετά από ακτινοβόληση νετρονίων προσομοιώνεται με την ενέργεια να χωρίζεται σε πολλά τμήματα χρησιμοποιώντας μία σειρά μονοενεργειακών πηγών. Ωστόσο, ελλοχεύει ο κίνδυνος, με τη συγκεκριμένη τεχνική, να αγνοηθεί μία λεπτή δομή της ενεργού διατομής ενός από τα υλικά του MOSFET. Κατά συνέπεια, εάν αγνοηθούν τμήματα της μονοενεργειακής ενέργειας στη δομή της απόκρισης, πιθανή θεωρείται η υποτίμηση ή η υπερεκτίμηση της ενεργειακής απόκρισης όσον αφορά το τμήμα αυτό του φάσματος-στόχου (το φάσμα μέτρησης). Άλλος τρόπος θα ήταν η διαίρεση του φάσματος-στόχου σε μία σειρά από ομάδες μέσω μίας ιδιαίτερης και ανόμοιους δειγματοληψίας. Αν συμβεί αυτό, θα έχει γίνει μία συνολική δειγματοληψία όλου του φάσματος των νετρονίων (συμπεριλαμβανομένου και του φάσματος-στόχου). Η χρήση ενεργειακών ομάδων με πεπερασμένο πλάτος ομαλοποιεί την απόκριση του υπολογισμού της δομής και έτσι το σύνολο του φάσματος-στόχου συνεισφέρει στο τελικό αποτέλεσμα. Αν το φάσμα-στόχος περιλαμβάνει δομές αποτελούμενες από έναν αριθμό ενεργειακών ομάδων που μεταβάλλονται αργά και με λογικό τρόπο, τότε για τη μέτρηση θα χρησιμοποιηθεί ενεργειακό φάσμα που θα ξεκινάει από τα θερμικά νετρόνια και θα φτάνει μέχρι και τα ταχέα. Στην παρούσα εργασία, η ενέργεια των νετρονίων ξεκινάει από τα 0.01*10-6 και φτάνει έως τα 5

ΜeV. Οι ενεργειακές ομάδες που χρησιμοποιήθηκαν παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. ΠΙΝΑΚΑΣ I. ΟΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΟΜΑΔΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΟΥ MOSFET ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΗΣΗ ΜΕ ΝΕΤΡΟΝΙΑ. Ενεργειακή Ομάδα Ενεργειακές Ομάδες Κατώτερο Ανώτερο Όριο (MeV) 1 0.01e-6 0.05e-6 2 0.05e-6 0.1e-6 3 0.1e-6 0.5e-6 4 0.5e-6 1e-6 5 1e-6 5e-6 6 5e-6 10e-6 7 10e-6 50e-6 8 50e-6 100e-6 9 100e-6 500e-6 10 500e-6 0.001 11 0.001 0.005 12 0.005 0.01 13 0.01 0.05 14 0.05 0.1 15 0.1 0.5 16 0.5 1.0 17 1 5 Από τη στιγμή που είναι γνωστή η απόκριση της δομής της ενέργειας των νετρονίων, ο αριθμός των MCNP5 υπολογισμών που πρέπει να τρέξουν δεν είναι τόσο μεγάλος, όσο θα ήταν αν δεν ήταν γνωστή. Η γνώση αυτή επιτρέπει την εύκολη επανάληψη των υπολογισμών για όλες τις ενεργειακές ομάδες, αν αυτό κριθεί απαραίτητο, χωρίς να χρειάζεται να ξανατρέξουν οι υπολογισμοί για όλες τις ενέργειες. Το να μπορούν να τρέχουν ξεχωριστές ιστορίες για κάθε ενεργειακή ομάδα συνεισφέρει στο να τρέξουν επιλεγμένες ιστορίες που αφορούν συγκεκριμένα μέρη του φάσματος των νετρονίων, αν αυτό κριθεί απαραίτητο, προκειμένου να μειωθεί η απόκλιση των αποτελεσμάτων που οφείλεται στις αποκρίσεις των θερμικών νετρονίων στις συγκεκριμένες ενέργειες [1]. B. Η περιγραφή της γεωμετρίας Η περιγραφή των σχημάτων που χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνθεση της διάταξης θα γίνει ξεκινώντας από το εσωτερικό και καταλήγοντας στην εξωτερική θωράκιση και τη σφαίρα, η επιφάνεια της οποίας αποτέλεσε και την πηγή του συστήματος. Αρχικά σχεδιάστηκε, με ανοιχτό μπλε χρώμα, ο εσωτερικός κύλινδρος που αποτελεί το υπόστρωμα του τρανζίστορ και έχει ως κέντρο του την αρχή των αξόνων με συντεταγμένες (Χ,Υ,Ζ)=(0,0,0) (κυψνο1). Οι διαστάσεις του κυλίνδρου είναι ύψος 0.23 cm και ακτίνα 0.192 cm (Σχήμα 1). Στον κώδικα MCNP5 ο κύλινδρος δηλώνεται στην κάρτα κυψελών με την βοήθεια τριών επιφανειών. Η μία από αυτές προσδιορίζει την ακτίνα και τη θέση του κέντρου του κυλίνδρου μέσα στο χώρο, ενώ οι άλλες δύο δηλώνουν την άνω και κάτω επιφάνεια του κυλίνδρου. Συνεπώς, οι δύο αυτές επιφάνειες καθορίζουν και το ύψος του κυλίνδρου. Η αρχή των αξόνων αποτελεί το σημείο αναφοράς βάσει του οποίου περιγράφονται όλες οι διαστάσεις και οι αποστάσεις του προβλήματος. Τα Σχήματα 1, 2 και 3 έχουν προκύψει με τη χρήση του βοηθητικού εργαλείου MCNP Visual Editor Version 19L το οποίο περιλαμβάνεται στο πακέτο MCNP5 [2]. Σχήμα 1. Η διάταξη του τρανζίστορ MOSFET. Οι αριθμοί δηλώνουν τις κυψέλες ενώ τα διάφορα χρώματα τονίζουν τα διαφορετικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν. Επόμενο βήμα είναι ο σχεδιασμός του κυλίνδρου που βρίσκεται εξωτερικά του αρχικού κυλίνδρου με χρώμα πράσινο, ύψος 0.25 cm και ακτίνα 0.212 cm ενώ κέντρο του κυλίνδρου αυτού είναι το (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,0.125) (κυψνο4). Αποτελείται από υλικό που ονομάζεται KOVAR και είναι σύνθεση των εξής υλικών: Κοβάλτιο (Co), Σίδηρος (Fe), Νικέλιο (Ni) και Χρυσός (Au). Έπειτα σχεδιάστηκε το μονωτικό στρώμα του τρανζίστορ που έχει σχήμα ορθογωνίου παραλληλογράμμου, χρώμα κίτρινο και τοποθετείται επάνω από το υπόστρωμα (κυψνο2). Οι διαστάσεις του ορθογωνίου αυτού είναι: μήκος 0.06 cm, ύψος 0.001 mm και πάχος 0.06 cm. Στο Σχήμα 4 απεικονίζεται η εικόνα του πραγματικού MOSFET το οποίο προσομοιώθηκε. Στο ίδιο σχήμα φαίνεται και κλίμακα για να γίνει αντιληπτή η διάσταση του τρανζίστορ. Το υλικό του είναι το SiO 2 (διοξείδιο του πυριτίου) και το Αλουμίνιο (Al). Το υλικό SiO 2 αναπτύσσεται, κυρίως, με θερμική οξείδωση του Si. Ο ρόλος του υλικού αυτού είναι τριπλός: α) μειώνει τον αριθμό των ακόρεστων, επιφανειακών, χημικών, δεσμών.

β) με τα φορτία χώρου μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό στρώματος τύπου n πάνω στην επιφάνεια του υποστρώματος πυριτίου τύπου p ή ενός στρώματος τύπου n+ πάνω στην επιφάνεια του υποστρώματος τύπου n. γ) προστατεύει την επιφάνεια του πυριτίου από το εξωτερικό περιβάλλον. Σχήμα 4. Όψεις του τρανζίστορ MOSFET με πάχος οξειδίου 1μm. Ακολούθως σχεδιάστηκε το chip του πυριτίου με χρώμα σκούρο μπλε, το οποίο έχει σχήμα ορθογωνίου παραλληλογράμμου και τοποθετήθηκε επάνω στο μονωτικό στρώμα με διαστάσεις: μήκος 0.06 cm, ύψος 0.03 cm και πάχος 0.06 cm. Αποτελείται από καθαρό πυρίτιο (κυψνο3). Από υλικό KOVAR κατασκευάστηκαν και οι τρεις ακροδέκτες του MOSFET με χρώμα πράσινο, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν από τα αριστερά προς τα δεξιά: την πηγή (source), την πύλη (gate) και τον απαγωγό (drain) (κυψνο5,6,7). Οι ακροδέκτες ορίζονται ως κυλινδρικά σχήματα που έχουν ύψος 0.856 cm, ακτίνα 0.02 cm και κέντρα τα εξής σημεία, (σε αντιστοιχία με τους ακροδέκτες πηγή, πύλη, απαγωγός): (Χ,Υ,Ζ) = (0,-0.15,0), (0.15,0,0), (0,0.15,0). Τέλος, ορίστηκε ένας εξωτερικός κύλινδρος με χρώμα ροζ, που περιέβαλλε όλα τα παραπάνω σχήματα με ύψος 0.5 cm, ακτίνα 0.232 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,0.135) (κυψνο8). Αποτελείται από τα εξής υλικά: Σίδηρος (Fe), Κοβάλτιο (Co) και Νικέλιο (Νi). Σχήμα 2. Διάταξη τρανζίστορ MOSFET με θωράκιση Λιθίου. Οι κυψέλες 13, 14, 16 και 17 χρώματος πορτοκαλί συγκροτούν τη θωράκιση. Σχήμα 3. Η κυψέλη 18 που συγκροτεί την πηγή και περιβάλλει τη διάταξη του τρανζίστορ MOSFET ενώ η κυψέλη 19 δηλώνει το εξωτερικό περιβάλλον του συστήματος. Τα σχήματα που εξαιρέθηκαν διότι βρίσκονταν εσωτερικά αυτού του κυλίνδρου και είναι κενά είναι: εσωτερικός κύλινδρος με ύψος 0.18 cm, ακτίνα 0.212 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,0.275) (κυψνο9), κύλινδρος στην αριστερή όψη παράλληλος με τον άξονα Ζ με ύψος 0.005 cm, ακτίνα 0.06 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,-0.13,0) (κυψνο10), κύλινδρος στη δεξιά όψη παράλληλος με τον άξονα Ζ με ύψος 0.005 cm, ακτίνα 0.06 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0.13,0) (κυψνο11). Για να σχηματιστεί ο σωλήνας του MOSFET από τον κύλινδρο της κυψέλης 8 αφαιρείται ο κύλινδρος κενού (κυψνο12) με ύψος 0.48 cm, ακτίνα 0.212 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,0.125). Ακολούθως σχεδιάζεται η θωράκιση του MOSFET η οποία αποτελεί τη σύνθεση των εξής υλικών: Λίθιο (Li), Άνθρακας (C), Υδρογόνο (H), Οξυγόνο (O) και Φθόριο (F). Το Λίθιο επιλέχθηκε ως κύριο υλικό της θωράκισης διότι παρουσιάζει πολύ καλές επιβραδυντικές ικανότητες κατά την αλληλεπίδρασή του με τα νετρόνια της πηγής (Σχήμα 5). Τα νετρόνια αλληλεπιδρούν με το 3 Li 6 σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση: 3Li 6 + 0 n 1 2 He 4 + 1 H 3 + 4.8MeV Τα σχήματα που συγκροτούν τη θωράκιση σχεδιάστηκαν με χρώμα πορτοκαλί και είναι αρχικά ένας κύλινδρος που αποτελεί το καπάκι του περιβλήματος με ύψος 0.455 cm, ακτίνα 0.475 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,0.6125) (κυψνο13). Έπειτα, ορίζεται η βάση του περιβλήματος σε

σχήμα κυλινδρικό με ύψος 0.485 cm, ακτίνα 0.475 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,-0.9135) (κυψνο14). Επόμενο βήμα είναι το εσωτερικό του σωλήνα του περιβλήματος που είναι ένα κυλινδρικό κενό, βρίσκεται πάνω από τη βάση, έχει ακτίνα 0.296 cm, ύψος 0.556 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,-0.393) (κυψνο15). III. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΤΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Στους Πίνακες 2 και 3 που ακολουθούν καταγράφονται τα αποτελέσματα από τους υπολογισμούς. Στη στήλη 4 παρουσιάζεται η κατανομή ενέργειας παλμών στον ανιχνευτή των φωτονίων που προήλθε από τις αλληλεπιδράσεις των νετρονίων που εκπέμπει η πηγή στην κυψέλη 2 ενώ στη στήλη 5 φαίνεται η ροή των ηλεκτρονίων στις κυψέλες 2 και 3 που αντιστοιχεί στο μονωτικό στρώμα της πηγής και το chip του πυριτίου. ΠΙΝΑΚΑΣ II. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΑΝΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΟΜΑΔΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΘΩΡΑΚΙΣΗΣ ΛΙΘΙΟΥ. Ενεργειακές Ομάδες Ενεργειακή Ομάδα Κατώτερο Όριο (MeV) Ανώτερο Όριο (MeV) *f 8:p 2 f 34:e (2 3) 1 0.01e-6 0.05e-6 4.0366e-11 2.7147e-6 2 0.05e-6 0.1e-6 5.3183e-11 2.7384e-6 3 0.1e-6 0.5e-6 1.4270e-10 7.9254e-6 4 0.5e-6 1e-6 1.8002e-10 1.0424e-5 5 1e-6 5e-6 5.5171e-10 3.8629e-5 6 5e-6 10e-6 5.5130e-10 3.0351e-5 7 10e-6 50e-6 4.0167e-10 1.0159e-5 8 50e-6 100e-6 6.1106e-10 1.4716e-5 9 100e-6 500e-6 3.6650e-10 2.6506e-5 Σχήμα 5. Σχηματική παράσταση της θωράκισης Λιθίου σε σχήμα κυλίνδρου μέσα στην οποία τοποθετείται το MOSFET. Ακολουθεί ο σχεδιασμός του σωλήνα του περιβλήματος που περιβάλλει του τρανζίστορ και είναι κύλινδρος με ύψος 0.5 cm, ακτίνα 0.475 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,0.135) (κυψνο16) ενώ ταυτόχρονα αφαιρείται ο εσωτερικός κύλινδρος της κυψέλης 8 που έχει ίδια χαρακτηριστικά αλλά ακτίνα 0.232 cm. Επομένως, ο σωλήνας που προκύπτει έχει πάχος 0.243 cm. Προκειμένου να οριστεί ο σωλήνας του περιβλήματος που τοποθετήθηκε πάνω από τη βάση, από τον κύλινδρο με ακτίνα 0.475 cm, ύψος 0.556 cm και κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,-0.393) (κυψνο17) αφαιρείται το κενό που ορίστηκε ανωτέρω με τα ίδια χαρακτηριστικά αλλά ακτίνα 0.296 cm (κυψνο15). Άρα, προκύπτει σωλήνας με πάχος 0.179 cm. Προκειμένου να λάβει χώρα η ακτινοβόληση με νετρόνια όλης της παραπάνω κατασκευής, η διάταξη μαζί με τη θωράκιση τοποθετήθηκε μέσα σε μία σφαίρα κενού με κέντρο (Χ,Υ,Ζ) = (0,0,-0.115) και ακτίνα 2 cm (κυψνο18), η επιφάνεια της οποίας σφαίρα αποτέλεσε την πηγή και παρουσιάζεται ακολούθως (Σχήμα 3) [1, 2, 3, 4, 5, 6]. 10 500e-6 0.001 6.5299e-11 4.4986e-6 11 0.001 0.005 4.4071e-11 2.4797e-6 12 0.005 0.01 3.0762e-11 2.0774e-6 13 0.01 0.05 6.6227e-11 1.2283e-6 14 0.05 0.1 1.0917e-11 8.2790e-7 15 0.1 0.5 1.2738e-10 1.5645e-6 16 0.5 1.0 2.2124e-10 1.2530e-6 17 1 5 5.4725e-10 1.1205e-5 ΠΙΝΑΚΑΣ III. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΑΝΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΟΜΑΔΑ ΧΩΡΙΣ ΘΩΡΑΚΙΣΗ ΛΙΘΙΟΥ. Ενεργειακ ή Ομάδα Ενεργειακές Ομάδες Κατώτερο Ανώτερο *f 8:p 2 f 34:e (2 3) 1 0.01e-6 0.05e-6 2.9513e-9 1.7510e-4 2 0.05e-6 0.1e-6 2.1815e-9 1.2175e-4 3 0.1e-6 0.5e-6 1.1378e-9 6.9072e-5 4 0.5e-6 1e-6 4.6531e-10 4.1832e-5 5 1e-6 5e-6 1.3138e-9 8.5600e-5 6 5e-6 10e-6 5.8096e-10 3.4851e-5 7 10e-6 50e-6 1.3877e-10 8.6079e-6

Ενεργειακές Ομάδες Ενεργειακ ή Ομάδα Κατώτερο Ανώτερο *f 8:p 2 f 34:e (2 3) 8 50e-6 100e-6 5.7674e-10 1.6391e-5 9 100e-6 500e-6 3.4189e-10 2.4624e-5 10 500e-6 0.001 7.2719e-11 2.0265e-6 11 0.001 0.005 4.3887e-11 1.1438e-6 12 0.005 0.01 2.2693e-11 1.2249e-6 13 0.01 0.05 1.5613e-11 5.6402e-7 14 0.05 0.1 3.5220e-11 4.5101e-7 Ροή ηλεκτρονίων (αυθαίρετες μονάδες) 1e-3 1e-4 1e-5 1e-6 1e-7 15 0.1 0.5 6.6399e-12 1.9150e-7 16 0.5 1.0 1.8521e-12 1.3664e-7 17 1 5 5.4725e-10 1.1208e-5 Στο Σχήμα 6 παρουσιάζονται γραφικά τα αποτελέσματα των υπολογισμών για την κατανομή παλμών φωτονίων στο SiO 2 με την ύπαρξη της θωράκισης του Li ενώ το Σχήμα 9 δείχνει τα ίδια αποτελέσματα χωρίς την παρουσία του Li. Το Σχήμα 7 απεικονίζει την ζητούμενη ροή των ηλεκτρονίων παρουσία Li ενώ στο Σχήμα 8 φαίνονται τα αντίστοιχα αποτελέσματα χωρίς την παρουσία της θωράκισης. Είναι φανερό, σε όλες τις περιπτώσεις, ότι όπως αναμενόταν η παρουσία της θωράκισης του Li έχει μεγάλη επίδραση στην περιοχή των χαμηλών ενεργειών των νετρονίων (θερμικών). Καταμέτρηση ύψους παλμών φωτονίων στο SiO 2 (αυθαίρετες μονάδες) 1e-9 1e-10 1e-11 1e-12 Σχήμα 6. Διάγραμμα υπολογισμών για την κατανομή παλμών σε ανιχνευτή με τη θωράκιση Λιθίου. Ροή ηλεκτρονίων (αυθαίρετες μονάδες) 1e-4 1e-5 1e-6 1e-7 Σχήμα 7. Διάγραμμα υπολογισμών για ροή ηλεκτρονίων με θωράκιση Λιθίου. Σχήμα 8. Διάγραμμα υπολογισμών για ροή ηλεκτρονίων χωρίς τη θωράκιση Λιθίου. Καταμέτρηση ύψους παλμών φωτονίων στο SiO 2 (αυθαίρετες μονάδες) 1e-8 1e-9 1e-10 1e-11 1e-12 Σχήμα 9. Διάγραμμα υπολογισμών για την κατανομή παλμών σε ανιχνευτή χωρις τη θωράκιση Λιθίου. IV. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σαν γενικό συμπέρασμα όλων όσων παρουσιάστηκαν στην παρούσα εργασία είναι ότι πραγματοποιήθηκε επιτυχώς η μοντελοποίηση του τρανζίστορ τύπου MOSFET δηλαδή περιγράφηκε η γεωμετρία της διάταξης του τρανζίστορ, τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα χαρακτηριστικά της πηγής και η θωράκισή του σύμφωνα με τις επιταγές του κώδικα MCNP5. Ειδικότερα, η σωστή παραμετροποίηση του προβλήματος επέτρεψε την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων. Επιπλέον, επιτεύχθηκε ο αντικειμενικός στόχος της προσομοίωσης αφού ολοκληρώθηκε μία σειρά από υπολογισμούς ροής ηλεκτρονίων στο MCNP5, η οποία κρίθηκε η πιο κατάλληλη. Πιο συγκεκριμένα, ο υπολογισμός της ροής των ηλεκτρονίων κρίθηκε ο καταλληλότερος διότι από όλες τις τεχνικές που εξετάστηκαν, προκειμένου να υπολογιστούν τα νετρόνια που παρήγαγαν πλήθος ηλεκτρονίων και οπών στο στρώμα του οξειδίου, αυτός πληρούσε τις περισσότερες προϋποθέσεις. Οι προϋποθέσεις αυτές περιλαμβάνουν το ότι λήφθηκε υπόψη η εξασθένηση της ενέργειας τόσο των νετρονίων όσο και των δευτερευόντων φωτονίων κατά την αλληλεπίδρασή τους με το υλικό της θωράκισης. Επιπρόσθετα, συμπεριλήφθηκαν τα ηλεκτρόνια που προκύπτουν από νετρόνια, τα οποία προέκυψαν από αλληλεπιδράσεις τόσο στο στρώμα του οξειδίου όσο και στα υλικά θωράκισης που περικλείουν το οξείδιο του πυριτίου.

Αναφορές [1] Carolan G, Martin, "Semiconductor Dosimetry of Epithermal Neutron Beams for Boron Neutron Capture Therapy", Doctor Of Philosophy, Wollongong, 2003. [2] Carter L. and. Schwarz R.A., "MCNP Visual Editor Computer Code Manual", November 2005. [3] Butson M.J., Rosenfeld A.B., Mathur J.N., Carolan M.G., Wong T.P.Y., Metcalfe P.E., "A new radiotherapy surface dose detector: The MOSFET", Med. Phys. 23(5), May 1996 pp. 655-658. [4] Tsagkas F. Ν., Nuclear technology, Xanthi, 1996-1997. [5] Rosenfeld A.B., Carolan M.G., Kaplan G.I., Allen B.J., Khivrich V.I., "MOSFET Dosimeters: The Role of Encapsulation on Dosimetric Characteristics in Mixed Gamma-Neutron and Megavoltage X-ray Fields", in IEEE Trans. Nuc. Sci. 1995, NS42, N6 Dec 1995 pp. 1870-1877. [6] Rosenfeld A.B., Kaplan G.I., Carolan M.G., Allen B.J., Maughan R., Yudelev, M., Kota C., "Simultaneous macro and micro dosimetry with MOSFETs ", IEEE Trans. Nuc. Sci.vol. 43, No. 6, Dec 1996, pp. 2693-2700.