Brevet FR2155773A1 — publié le 19730525

La présente invention concerne un détecteur coaxial de type puits destiné au comptage de rayonnements ionisants, notamment de rayonnements ss et comportant un corps monocristallin semiconducteur dans lequel sont formées, d'une part, une couche d'un premier type de conduction portée par la surface externe dudit corps et constituant la fenêtre d'entrée des rayonnements et, d'autre part, une couche d'un second type de conduction opposé au premier affleurant la paroi et le fond du puits, les deux couches de types de conduction opposés étant séparées par une couche intermédiaire intrinsèque. La présente invention concerne également l'application du détecteur à la recherche médicale. On sait que dans certaines applications, notamment en rechèr- che médicale, il est nécessaire non seulement de détecter les rayonnements dans un corps préalablement rendu radioactif, mais également de les localiser et de les compter. Pour ce faire, on utilise un ou plusieurs éléments semiconducteurs détecteurs disposés dans un tube protecteur. L'ensemble, for mant alors une sonde, est ensuite introduit à l'aide d'un cathéter au lieu meme à analyser et relié à l'extérieur par un câble coaxial Généralement, le ou les éléments détecteurs de rayonnements comportent deux régions de types de conduction opposés séparées par une région dite intrinsèque formant ainsi une structure N I P. Dans ce cas, les rayonnements frappant les éléments détecteurs créent à l'intérieur de ces derniers des paires électron-trou qui engendrent elles-memes un courant que l'on peut enregist évaluer à l'aide d'un appareillage approprié. Cette structure, créée dans un bloc de silicium ou de germanium, est le plus souvent obtenue par compensation, à l'aide de lithium, d'une région initialement de type P, le lithium étant une impureté de type N. Pour etre efficaces, notamment en recherche médicale sous forme de sonde, les éléments détecteurs semiconducteurs doivent etre de petites dimensions, légers et néanmoins de volume utile, c'est-#-dire de volume intrinsèque, le plus grand possible. C'est pourquoi, on utilise généralement des détecteurs de forme cylindrique et de type puits, les régions de type de conduction N, I et P étant coaxiales et de meme axe que celui du puits, et ledit puits ayant le plus souvent pour but de réaliser une bonne prise de contact. Dans de tels détecteurs, la région de type P est constituée du matériau d'origine et le lithium est déposé à la surface externe du cylindre qui forme la fenêtre d'entrée des rayonnements. Lors de l'entraînement du lithium à l'intérieur du matériau de type P, la vitesse dudit entraînement n'étant pas constante en tous les points du volume du cylindre, le reliquat du matériau formant la région P présente des contours mal définis et il en résulte une diminution de l'efficacité des détecteurs lors de leur fonctionnement. A la limite, il peut même arriver, compte tenu des dimensions et de la forme des détecteurs, qu'une portion de la région P soit totalement éliminée. En outre, pour des raisons technologiques, il est pratiquement impossible de réaliser des couches minces de lithium. C'est pourquoi, dans les détecteurs connus jusqu'à présent, la fenêtre d'entrée des rayonnements est trop épaisse et, en conséquence, la sensibilité réduite par absorption d'une partie desdits rayonnements. On a déjà tenté de remédier partiellement à ces inconvénients en disposant la couche N de lithium sur les parois et le fond du puits. Ainsi par entraînement limité et contrôlé du lithium dans P le corps du typez, on obtient sur la surface externe du détecteur une couche de type P constituée du reliquat du matériau d'origine et formant la fenêtre d'entrée. Cependant cette couche présente plusieurs inconvénients, à savoir qu'elle reste encore relativement épaisse et qu'elle est difficilement reproductible et souvent mal définie. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Selon l'invention, un détecteur coaxial de type puits destiné au comptage de rayonnements ionisants, notamment de rayonnements 6, et comportant un corps monocristallin semiconducteur dans lequel sont formées, d'une part, une couche d'un premier type de conduction portée par la surface externe dudit corps et constituant la fenêtre d'entrée des rayonnements et, d'autre part, une couche semiconductrice d'un second type de conduction opposé au premier affleurant les parois et le fond du puits, les deux couches de types de conduction opposés étant séparées par une couche intermédiaire intrinsèque, est remarquable en ce que la couche du premier type de conduction formant la fenêtre d'entrée des rayonnements comporte des impuretés da complément donnant le même type de conduction que celui du corps monocristallin semiconducteur dans lequel elle est formée. De préférence, le eorps monocristallin est du silicium de type de conduction P, et la couche du premier type de conduction, donc de type P, est constituée d'atomes de bore, la couche du second type de conduction et la couche intrinsèque étant obtenues respectivement par dépôt et diffusion de lithium. Le principal avantage d'un tel détecteur réside dans le fait que, en raison de la présence de la couche du premier type de conduction lors de la formation de la couche intrinsèque, les contours de celle-ci se trouvent parfaitement définis. Dans ces conditions, l'efficacité du détecteur se trouve accrue. De plus, l'utilisation du bore présente un avantage suppléme- taire, à savoir qu'il est possible dans ce cas d'obtenir une fenêtre d'entrée d'épaisseur inférieure au micron, ce qui évite l'absorption d'un certain nombre de rayonnements et augmente donc la sensibilité du détecteur. La présente invention concerne également l'application du détecteur à une sonde médicale comportant un détecteur tel que précédemment décrit introduit et fixé dans un boîtier cylindrique métallique, remarquable en ce que le boîtier métallique, relié électriquement à la couche du premier type de conduction constitue une première électrode, la seconde électrode étant constituée par une prise de contact effectuée sur la couche du second type de conduction et les deux électrodes étant respectivement reliées à l'exté- rieur par les deux conducteurs d'un câble coaxial. En raison de ses très faibles dimensions, cette sonde médicale peut être utilisée non seulement pour le diagnostic et pour la recherche mais également pour l'exploitation fonctionnelle intracorporelle. En effet, une telle sonde peut être introduite à l'aide d'un cathéter au lieu même à étudier et elle permet de mesurer le taux de désintégration d'un traceur radioisotope injecté dans le sang du patient. La description qui va suivre fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La-figure 1 représente une coupe schématique d'un détecteur selon l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe d'une sonde médicale comportant un détecteur selon l'invention. Il est à noter que, sur les dessins, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les figures plus claires. Le détecteur illustré par la figure 1 est obtenu à partir d'un lingot monocristallin de silicium de type P. Par meulage et rectification, on obtient un corps cylindrique 1 dans lequel on creuse, à partir de l'une de ses faces planes 2, un évidement 3, également cylindrique et de même axe que ledit corps 1. A partir de la face cylindrique 4 dudit corps 1 et de la face plane 5 opposée à celle ayant servi de base au creusage de l'évi- dement 3, on diffuse des impuretés de bore de manière à former une mince couche 6 fortement dopée. On badigeonne ensuite les parois 7 de l'évidement 3 avec du lithium en suspension dans de l'huile, ce qui permet d'obtenir une couche 8 de type N. Ce dépôt de la couche 8 peut également être obtenu par métallisation ou diffusion sous vide. Après diffusion du lithium dans le matériau de base de type P, il suffit de polariser les couches 6 et 8 en inverse pour obtenir l'entraînement des ions de lithium à travers la région 9 primitivement de type P et la transformation de celle-ci en région intrin sèque par compensation des impuretés P par des ions lithium. Dans son application dans une sonde médicale telle que décrite ci-dessous, le détecteur aura sensiblement 10 mm de long et son diamètre sera de l'ordre de 1,5 mm compte tenu du fait que pour obtenir une bonne sensibilité, lrepaisseur de la couche intrinsèque 9 doit être au moins égale à 0,3 mm. Grâce aux progrès réalisés dans la technique de diffusion du bore, l'épaisseur de la couche 6 peut être obtenue sensiblement égale à 1 u, ce qui constitue une fenêtre d'entrée mince donc peu absorbante. Selon la figure 2 représentant une sonde médicale, le détecteur décrit plus haut est introduit dans un boîtier métallique 10. Pour éviter une absorption trop importante des rayonnements, les parois dudit boîtier 10 sont fines et en aluminium ou en toute autre matière appropriée. Au préalable, a été fixé dans l'évidement 3 du détecteur, à l'aide d'une résine époxyde conductrice 11, le fil central 12 d'un câble coaxial 13. Le détecteur introduit dans le boîtier 10 est fixé au fond de celui-ci à l'aide d'une résine également conductrice 14. On remplit ensuite partiellement le boîtier 10 de résine époxyde isolante 15. Pour éviter le dépôt des poussières ou impuretés lors des diverses manipulations, il est préférable de disposer une laque 16 sur la face 2 du détecteur avant son introduction dans le boîtier 10. La dernière opération consiste à compléter le remplissage du boîtier 10 à l'aide d'une résine époxyde 17 mettant en contact électrique ledit boîtier 10 avec la tresse métallique 18 du câble coaxial 13, ladite tresse 18 étant séparée du fil 12 par une ma tière synthétique isolante 19. Ainsi, par l'intermédiaire de la couche 14, du boîtier 10 et de la couche 17, la tresse 18 est mise en contact avec la région de type P du détecteur tandis que, par l'intermédiaire de la résine 11, le fil 12 est mis en contact de la région 8, de type N du détecteur. Cette sonde forme ainsi un ensemble étanche, qui, introduit à l'aide d'un cathéter au lieu même à analyser, permet le comptage des rayonnements ss émis par un traceur injecté dans le sang d'un patient et permet ainsi une exploration intracorporelle précise qui contribue à l'élaboration d'un diagnostic et à la progression de la recherche médicale. - REVENDICATIONS 1.- Détecteur coaxial de type puits destiné au comptage de rayonnements ionisants, notamment des rayonnements 6, et comportant un corps monocristallin semiconducteur dans lequel sont formées, d'une part, une couche d'un premier type de conduction portée par la surface externe dudit corps et constituant la fenêtre d'entrée des rayonnements et, d'autre part, une couche d'un second type de ccnduction opposé au premier affleurant les parois et le fond du puits, les deux couches de types de conduction opposés étant séparées par une couche intermédiaire intrinsèque, caractérisé en ce que la couche de premier type de conduction formant la fenêtre d'entrée des rayonnements comporte des impuretés de complément donnant le même type de conduction que celui du corps monocristallin semiconducteur dans lequel elle est formée. 2.- Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le corps monocristallin est du silicium de type P et en ce que la couche du premier type de conduction est constituée d'atomes de bore, la couche du second type de conduction et la couche intrinsèque étant obtenues respectivement par dépôt et diffusion de lithium. 3.- Sonde médicale comportant un détecteur selon l'ensemble des revendications 1 et 2 introduit et fixé dans un boîtier cylindrique métallique, caractérisé en ce que ledit boîtier métallique, relié électriquement à la couche du premier type de conduction du détecteur constitue une première électrode, la seconde électrode étant constituée par une prise de contact effectuée sur la couche du second type de conduction et les deux électrodes étant respectivement reliées à l'extérieur par les deux conducteurs d'un câble coaxial.