P RESENTATION DU SYSTEME UTILISE

Cette section présente le principe d’utilisation du matériel ainsi que les caractéristiques géométriques des détecteurs MOSFET et microMOSFET.

1.1

S

MOSFET

(TN-RD-70W,

B

M

C

,

O

,C

)

Le système mobileMOSFET (TN-RD-70W, Best Medical Canada, Ottawa, Canada) est composé d’un boîtier de lecture sur lequel il est possible de brancher 1 à 5 détecteurs en ligne. Comme le montre la figure 3.1, le boîtier de lecture, alimenté par secteur ou batterie, est doté d’un émetteur BlueToothTM

lui permettant d’établir une communication avec une antenne réceptrice dans la salle de traitement, elle-même reliée par câble à un ordinateur de pilotage, situé dans la salle de contrôle. Les processus de polarisation et de lecture des détecteurs sont réalisés via un logiciel dédié.

FIGURE 3.1 : A gauche, illustration des composants intervenant dans l’utilisation du système mobileMOSFET. A droite, boitier de lecture relié à 5 détecteurs MOSFET, (BestMedical Cananda Inc.)

1.2D

MOSFET

MOSFET

1.2.1MOSFET(TN502RD,BEST MEDICAL CANADA,OTTAWA,CANADA)

Pour les MOSFET, la cellule est fixée sur une structure de kapton et recouverte d’une couche d’époxy d’environ 1 mm (figure 3.2).

Le MOSFET, encapsulé dans une bulle d’époxy noire, est relié à un câble flexible de 20 cm de longueur, de 0,3 mm d’épaisseur, prolongé d’un câble d’ 1,4 m connecté au boîtier de lecture. Les dimensions de la bulle d’époxy recouvrant le MOSFET sont telles que sa

L’épaisseur d’eau équivalente du détecteur MOSFET a été évaluée à 0,8 mm à 6 MV, lorsque la bulle d’époxy fait face au faisceau. Ce qui correspond respectivement au pourcentage de dose de 35,6 % sur un rendement en profondeur obtenu dans un champ de 100×100 mm² à 6 MV (Ramani et coll., 1997).

FIGURE 3.2 : Schéma d’un MOSFET encapsulé dans une bulle d’époxy. (D’après Rosenfeld et coll., 2010)

1.2.2 MICROMOSFET(TN502RDM-H,BEST MEDICAL CANADA,OTTAWA,CANADA)

Les microMOSFET sont encapsulés dans une bulle d’époxy noire reliée à un câble flexible de 37,5 cm de longueur, de 0,3 mm d’épaisseur, prolongé d’un câble d’1,4 m connecté au boîtier de lecture. Les dimensions de la bulle d’époxy recouvrant le microMOSFET sont en longueur, largeur et épaisseur respectivement égales à 3,0 mm, 5,0 mm, et 1,0 mm. L’épaisseur d’eau équivalente pour le microMOSFET TN-502 RDM est de 0,5 mm lorsque la bulle d’époxy est placée face au faisceau à 6 MV (Ramaseshan et coll., 2004).

FIGURE 3.3 : Illustration d’un MOSFET TN502RD et microMOSFET TN502RDM-H sans leur capuchon.

1.2.3MODE D’UTILISATION

Les détecteurs MOSFET utilisés dans cette étude sont à canal p et de type dual- MOSFET. Les volumes sensibles du MOSFET et microMOSFET sont identiques et valent 0,2×0,2×0,0005 mm3. La figure 3.4 représente le cycle de mesure défini par une lecture de la

valeur de la tension seuil Vth avant (initialisation) et après irradiation afin de relier la variation de la tension seuil ΔVth à la dose déposée.

Comme pour d’autres détecteurs semi-conducteurs, la réponse des détecteurs MOSFET dépend de la technologie de fabrication. Les constructeurs placent généralement la cellule du MOSFET sur un film de kapton ou un mince support de carte d’un circuit imprimé sur lequel est connecté le MOSFET.

FIGURE 3.4 : Schéma représentant un cycle de mesure

La sensibilité des détecteurs peut être ajustée en faisant varier : - la tension appliquée pendant et après irradiation,

- l’épaisseur de l’oxyde, définie lors du processus de fabrication, - l’énergie des rayonnements,

- la dose accumulée,

- l’angle d’incidence du faisceau, - et la température ambiante.

Plusieurs MOSFET ont spécifiquement été développés pour mesurer les faibles doses (haute sensibilité) ou les fortes doses (basse sensibilité) ou les deux gammes de doses (double sensibilité). Début 1995, Thomson & Nielsen ont introduit le système TN-RD-50 qui avec le mode de sensibilité de 1 mV.cGy-1 permet d’obtenir une reproductibilité d’environ 1,5 % (Thomson & Nielson Electronics, 1995). Plus tard, le mode haute sensibilité, de l’ordre de 3 mV.cGy-1 a été disponible. Depuis, les MOSFET double sensibilité ont été développés : différentes sensibilités (1 V et 15 V) sont appliquées à deux détecteurs identiques sur une même puce durant l’irradiation afin de réduire les effets liés à la température.

Dans le cas où les variations de température sont corrigées durant la phase de mesure, et que d’autres perturbations comme le bruit électronique, sont maintenues à un niveau minimal, les MOSFET développés par Sarrabayrouse et Polischuk, permettent d’obtenir une meilleure sensibilité (≤ mGy), du fait de l’augmentation de l’épaisseur de leur volume sensible

(≥ 1 μm). Dans ce cas, la variation de tension seuil ΔVth par unité de dose est supérieure, et limite la gamme de dose mesurable jusqu’à 10 Gy (Sarrabayrouse et Polischuk, 2001).

Le principal désavantage des MOSFET est lié à leur principe de détection. Comme décrit dans le chapitre précédent, la densité de charges piégées dans le volume fixe n’est pas extensible, ce qui confère au détecteur une durée de vie limitée. La fin de vie du détecteur, encore appelée saturation, est atteinte lorsque tous les pièges sont occupés, et qu’il n’est plus possible au sein du volume sensible, de stocker la charge induite par l’irradiation (Cf. Chap 2, §3.1.2). Dans ce dernier cas, la variation de la tension seuil mesurée ΔVth est quasi nulle. Pour les MOSFET et microMOSFET utilisés dans cette étude, cette gamme utile de détection s’étend jusqu’à 20 000 mV. Ainsi, en mode standard et haute sensibilité, l’équivalent de dose est respectivement de 200 Gy et 66 Gy. Afin de considérer une durée de vie assez importante, les MOSFET et microMOSFET utilisés dans cette étude, sont utilisés en mode de sensibilité standard. Pour les MOSFET de type TN-502, une tension constante est appliquée durant l’irradiation. Après irradiation, la variation de la tension seuil ΔVth permettant d’atteindre la valeur caractéristique du courant constant IDS entre le drain et la source de 10 μA relie la réponse du détecteur à la dose absorbée.