GaN Dioden Matrix zur Visualisierung von Protonenfeldern

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Christian Bäumer; Professor Dr. Andreas Dirk Wieck
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505408069

Das MATRIX Projekt zielt auf eine Verbesserung der Krebs-Protontherapie ab, indem neue Detektoren entwickelt werden, die die Kontrolle und den Durchsatz der Protonenbestrahlung schneller und verläßlicher machen. Protonenbestrahlung ist die präziseste Krebstherapie, weil sie Hochdosis-Tumorbestrahlung erlaubt und dabei benachbarte gesunde Bereiche, insbesonders hinter dem Tumor, schont. Die Protonentherapie wird aktuell weltweit entwickelt, sowohl bezüglich der Zahl der Zentren (ca. 90, mehrere weitere pro Jahr) als auch der Protokolle und der Ausstattung: Feinstrahl-Ablenkung wird immer beliebter, die Strahlverfolgung vor und während der Bestrahlung verbessert sich und die Protonen-Abbildung wird weiterentwickelt. Es gibt einen Bedarf für Protonendetektoren höherer Empfindlichkeit, Dynamik und räumlicher Auflösung, die die Qualitätskontrolle schneller, besser und billiger machen. Ultimativ werden alle diese Verbesserungen dazu führen, mehr Patienten mit besseren Protokollen zu behandeln und damit mehr Leben zu retten. Hochenergie-Protonen (65 - 230 MeV) können mit verschiedenen Techniken detektiert werden, von Ionisationskammern bis zu Halbleiterdetektoren. Halbleiter erlauben beste räumliche Auflösung und Empfindlichkeit. Sie sind allerdings auch anfällig gegen Hochenergiebeschuß. Insbesonders Siliziumdetektoren, die in vielen Anwendungen die beliebtesten und am weitesten entwickelten Bauteile darstellen, sind sehr strahlungsempfindlich und altern mit der kumulierten Dosis. Wir schlagen einen anderen Halbleiter vor, der etwa 10 Mal strahlungshärter ist: Gallium-Nitrid, ein vielverwendeter Halbleiter, der weltweit für Beleuchtungszwecke eingesetzt wird und daher zu erschwinglichen Kosten produziert wird. Diese Detektoren werden außerhalb des Protonenstrahls an Si-Elektronik angekoppelt, die Auslesung und Datenverarbeitung erlaubt und nicht vom Teichlenstrahl degradiert wird. Somit erlaubt dieses Projekt die Kombination der beiden jeweils besten Materialien. Eine 2-dimensionale Matrix von 5 cm x 5 cm und 200 µm Auflösung wird hergestellt werden, was besser ist als jedes vergleichbare Bauteil in der Welt. Das CRHEA-CNRS (Sophia Antipolis, France) bringt seine international anerkannte Expertise im Wachstum von GaN-Schichten und der Fabrikation von GaN-basierten Bauteilen ein. Die Ruhr-Universität Bochum bringt ihre langjährige Erfahrung in Bestrahlung und Implantation sowie in elektronischen Eigenschaften von Materialien ein und wird das hybride Si-GaN Abbildungssystem realisieren. Tests unter Protonenbestrahlung werden sowohl in Frankreich (Lacassagne center, Nice) als auch in Deutschland (West German Proton Therapy Center, Essen) durchgeführt. Protonenstrahl-Messungen werden in verschiedenen und komplementären Konfigurationen (Energie, Strahldurchmesser, Intensität) in beiden Zentren untersucht, sodass diese Deutsch-Französische Kooperation es erlauben wird, die meisten Qualitätssicherungsprotokolle in Protontherapiezentren abzudecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean-Yves Duboz; Dr. Joël Hérault