Fabrication, Simulation and Performance of Ultra-Thin Silicon Detectors-Development of a Detection System for Living Cell Irradiation
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Strålningsterapi är en viktig metod för att behandla många cancertyper och man söker konstant efter olika sätt att förbättra användningen av joniserande strålning vid behandling. Radiobiologisk forskning för cancerterapi söker att förbättra vår förståelse för hur joniserande strålning verkar på olika livsformer. Idag finns det många sätt att utröna en behandlings inverkan på levande organismer, alltifrån tester på försöksdjur ned till bestrålning av cellkulturer. En aktuell teknik använder protonbestrålning från en liten accelerator till att skicka en väl bestämd dos av strålning mot enstaka levande celler i en kultur. Efter bestrålningen undersöks cellernas vitalitet. Ett sådant bestrålningssystem utvecklades tidigare i Lund vid mikrostrålelaboratoriet (LIBAF), och i det här presenterade arbetet har en viktig del, den s.k. transmissions-detektorn, utvecklats. Dess uppgift är att noggrant mäta dosen innan protonerna träffar cellerna, och dessutom ner till mycket låga värden (en proton/cell).
Mer än 150 ultra-tunna transmissions-detektorer framställdes och karaktäriserades. Man vill ha en tunn detektor eftersom det ger en högre precision när man siktar på cellerna, å andra sidan blir en alltför tunn detektor ömtålig och brusig. Med hjälp av kiselbaserad processteknologi tillverkades två huvudmodeller av detektorer med tjocklekar ner till 3.5 mikrometer. En viktig elektrisk egenskap var att detektorerna hade extremt låg läckström vilket är viktigt för att uppnå hög känslighet och tillförlitlighet.
Ett speciellt programpaket (från Silvaco) användes för att simulera strukturen och de elektriska egenskaperna hos detektorerna. Med programmet kunde dopningsnivåerna för p+ och n+ lagren i detektorn fås fram och därmed kunde de elektriska egenskaperna förutsägas.
Detektorerna undersöktes experimentellt med protonbestrålning från acceleratorn. Resultaten visade att detektoreffektiviteten var minst 91% för den bästa modellen, vilket kunde förbättras till 98% genom nedkylning till under +2°C. Dessutom undersöktes detektorernas strålningstålighet, en uppskattning ger att de kan användas vid konstant (cell-) bestrålning i minst 4 månader utan att förlora i prestanda.
I ett experiment där levande celler bestrålades användes de nya transmissions- detektorerna till att räkna protoner i två olika doser (4 och 20 protoner/cell). De preliminära resultaten från studien visar att färre celler överlevde den högre dosen, vilket var förväntat.
Strålningsterapi är en viktig metod för att behandla många cancertyper och man söker konstant efter olika sätt att förbättra användningen av joniserande strålning vid behandling. Radiobiologisk forskning för cancerterapi söker att förbättra vår förståelse för hur joniserande strålning verkar på olika livsformer. Idag finns det många sätt att utröna en behandlings inverkan på levande organismer, alltifrån tester på försöksdjur ned till bestrålning av cellkulturer. En aktuell teknik använder protonbestrålning från en liten accelerator till att skicka en väl bestämd dos av strålning mot enstaka levande celler i en kultur. Efter bestrålningen undersöks cellernas vitalitet. Ett sådant bestrålningssystem utvecklades tidigare i Lund vid mikrostrålelaboratoriet (LIBAF), och i det här presenterade arbetet har en viktig del, den s.k. transmissions-detektorn, utvecklats. Dess uppgift är att noggrant mäta dosen innan protonerna träffar cellerna, och dessutom ner till mycket låga värden (en proton/cell).
Mer än 150 ultra-tunna transmissions-detektorer framställdes och karaktäriserades. Man vill ha en tunn detektor eftersom det ger en högre precision när man siktar på cellerna, å andra sidan blir en alltför tunn detektor ömtålig och brusig. Med hjälp av kiselbaserad processteknologi tillverkades två huvudmodeller av detektorer med tjocklekar ner till 3.5 mikrometer. En viktig elektrisk egenskap var att detektorerna hade extremt låg läckström vilket är viktigt för att uppnå hög känslighet och tillförlitlighet.
Ett speciellt programpaket (från Silvaco) användes för att simulera strukturen och de elektriska egenskaperna hos detektorerna. Med programmet kunde dopningsnivåerna för p+ och n+ lagren i detektorn fås fram och därmed kunde de elektriska egenskaperna förutsägas.
Detektorerna undersöktes experimentellt med protonbestrålning från acceleratorn. Resultaten visade att detektoreffektiviteten var minst 91% för den bästa modellen, vilket kunde förbättras till 98% genom nedkylning till under +2°C. Dessutom undersöktes detektorernas strålningstålighet, en uppskattning ger att de kan användas vid konstant (cell-) bestrålning i minst 4 månader utan att förlora i prestanda.
I ett experiment där levande celler bestrålades användes de nya transmissions- detektorerna till att räkna protoner i två olika doser (4 och 20 protoner/cell). De preliminära resultaten från studien visar att färre celler överlevde den högre dosen, vilket var förväntat.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2014
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Lund University
Ämne
- Subatomic Physics
Nyckelord
- Fysicumarkivet A:2014:Abdel
- micro-fabrication technology
- ultra-thin silicon detector
- single ions
- SIHF
- ΔE detector
Status
Published
Forskningsgrupp
- Nuclear Microprobe
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7623-188-3
Försvarsdatum
12 december 2014
Försvarstid
13:15
Försvarsplats
Lecture hall Rydbergsalen, Department of Physics, Sölvegatan 14a, Lund University Faculty of Engineering
Opponent
- Göran Thungström