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Publicação
Characterization of direct X-ray Detectors based on Organic Semiconductor thin films
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Resumo(s)
The detection of ionizing radiation such as X-rays is a constantly growing area of research thanks to its numerous application fields, which span from astrophysics, to industrial and civil security or even medical imaging and diagnostics. In this project, conducted at the University of Bologna (UNIBO), department of physics, one of the most active groups of research in this area, four different molecules (TIPS, TIPGe, diF TES ADT and diF TEG ADT) were studied as the organic semiconductor thin film in a photoconductor. The devices were realized by drop-casting a solution processed of the molecules onto three different substrates (PET, PEN and glass), for a direct approach on the detection of this radi-ation. Different parameters such as resistivity, percentage of active area covered by the molecule, quan-tity and thickness of the crystals, were investigated for their influence on the performance of the X-Ray detector.
It was found that in the PET substrate there is a process of discharge that seems to be important to the performance of the detector and that seems to induce a decrease in the current of the diF TES ADT and diF TEG ADT based devices, making them unsuitable for any kind of application.
With the PEN substrate it is possible to achieve reliable and reproducible devices with high signal to noise ratios and acceptable sensitivities.
The glass substrate with the TIPGe would be the best one because it combines a high sensitivity with a reliable and reproducible device. Nevertheless, glass is not a flexible substrate and therefore is not suitable for many of the applications of interest, for example wearable health diagnostic applications like a personal dosimeter.
Finally, it was proved that the molecules with the germanium element show, as it was expected due to the higher atomic number of Ge compared to Si, the highest sensitivities. It was also discovered that this is also due to the high quality crystals achieved with these molecules.
Given the results obtained, this line of research seems to be fruitful, with very interesting practical applications expected.
A deteção de radiação ionizante, como os raios-X, é uma área de pesquisa em constante crescimento, graças aos seus vastos campos de aplicação, que abrangem desde a astrofísica, centrais nucleares, segurança industrial e civil, até ao diagnóstico médico. Neste projeto, realizado na Universidade de Bolonha, no departamento de física, um dos grupos de investigação mais ativos nesta área, quatro mo-léculas diferentes (TIPS, TIPGe, diF TES ADT e diF TEG ADT) foram estudadas na forma de filme fino orgânico semicondutor num fotocondutor. Os dispositivos foram preparados através da deposição por drop-casting de uma solução destas moléculas em três substratos (PET, PEN e vidro), para uma abordagem direta na deteção desta radiação. A influência de diferentes parâmetros, como a resistividade, percentagem de área ativa coberta pela molécula, quantidade e espessura dos cristais, foi investigada quanto ao desempenho dos detetores de raios-X. Descobriu-se que, no substrato PET, há um processo de descarga que parece ser importante para o desempenho do detetor e que aparentemente induz uma diminuição na corrente dos dispositivos base-ados em diF TES ADT e diF TEG ADT, tornando-os inadequados para qualquer tipo de aplicação. Com o substrato PEN, é possível obter dispositivos fiáveis e reprodutíveis com baixo ruído e sensibilidades aceitáveis. O substrato de vidro com o TIPGe daria o melhor dispositivo porque combina uma alta sensibilidade com um dispositivo fiável e reprodutível. No entanto, não é um substrato flexível e, portanto, não é adequado para muitas das aplicações de interesse, como por exemplo, aplicações de diagnóstico de saúde, como a dosimetria pessoal. Finalmente, ficou provado que as moléculas com o elemento germânio apresentam, como esperado pelo seu número atómico mais elevado que o do silício, as mais altas sensibilidades. Descobriu-se, ainda, que isso também se deve aos cristais de alta qualidade obtidos nessas moléculas. Em função dos resultados obtidos, a linha de investigação parece profícua, esperando-se aplicações práticas muito interessantes.
A deteção de radiação ionizante, como os raios-X, é uma área de pesquisa em constante crescimento, graças aos seus vastos campos de aplicação, que abrangem desde a astrofísica, centrais nucleares, segurança industrial e civil, até ao diagnóstico médico. Neste projeto, realizado na Universidade de Bolonha, no departamento de física, um dos grupos de investigação mais ativos nesta área, quatro mo-léculas diferentes (TIPS, TIPGe, diF TES ADT e diF TEG ADT) foram estudadas na forma de filme fino orgânico semicondutor num fotocondutor. Os dispositivos foram preparados através da deposição por drop-casting de uma solução destas moléculas em três substratos (PET, PEN e vidro), para uma abordagem direta na deteção desta radiação. A influência de diferentes parâmetros, como a resistividade, percentagem de área ativa coberta pela molécula, quantidade e espessura dos cristais, foi investigada quanto ao desempenho dos detetores de raios-X. Descobriu-se que, no substrato PET, há um processo de descarga que parece ser importante para o desempenho do detetor e que aparentemente induz uma diminuição na corrente dos dispositivos base-ados em diF TES ADT e diF TEG ADT, tornando-os inadequados para qualquer tipo de aplicação. Com o substrato PEN, é possível obter dispositivos fiáveis e reprodutíveis com baixo ruído e sensibilidades aceitáveis. O substrato de vidro com o TIPGe daria o melhor dispositivo porque combina uma alta sensibilidade com um dispositivo fiável e reprodutível. No entanto, não é um substrato flexível e, portanto, não é adequado para muitas das aplicações de interesse, como por exemplo, aplicações de diagnóstico de saúde, como a dosimetria pessoal. Finalmente, ficou provado que as moléculas com o elemento germânio apresentam, como esperado pelo seu número atómico mais elevado que o do silício, as mais altas sensibilidades. Descobriu-se, ainda, que isso também se deve aos cristais de alta qualidade obtidos nessas moléculas. Em função dos resultados obtidos, a linha de investigação parece profícua, esperando-se aplicações práticas muito interessantes.
Descrição
Palavras-chave
X-Ray detection organic semiconductor thin films photoconductors drop-casting