2007년에 발효된 미국의 “9ㆍ11 테러 대책 이행법률”의 영향으로 영상을 이용한 의심물체 자동 검출 기술을 위해 높은 화질의 영상을 구현하는 엑스선 검색기가 요구되며, 엑스선의 검출 효율이 높은 검출기 개발이 요구된다. 엑스선 컨테이너 검색기용 검출기로 CdWO4(CWO) 섬광체와 실리콘 광 다이오드 센서를 결합한 모듈이 사용되며, CWO 섬광체는 7.9 g/cm3의 높은 밀도와 64.2의 높은 유효원자번호를 가지므로 엑스선에 대해 높은 섬광 효율을 가지며 0.005%의 낮은 잔광 때문에 엑스선 검출기용으로 사용된다. 또한 실리콘 광 다이오드 센서는 부피가 작고 ...
2007년에 발효된 미국의 “9ㆍ11 테러 대책 이행법률”의 영향으로 영상을 이용한 의심물체 자동 검출 기술을 위해 높은 화질의 영상을 구현하는 엑스선 검색기가 요구되며, 엑스선의 검출 효율이 높은 검출기 개발이 요구된다. 엑스선 컨테이너 검색기용 검출기로 CdWO4(CWO) 섬광체와 실리콘 광 다이오드 센서를 결합한 모듈이 사용되며, CWO 섬광체는 7.9 g/cm3의 높은 밀도와 64.2의 높은 유효원자번호를 가지므로 엑스선에 대해 높은 섬광 효율을 가지며 0.005%의 낮은 잔광 때문에 엑스선 검출기용으로 사용된다. 또한 실리콘 광 다이오드 센서는 부피가 작고 구동전압이 낮으며 가시광선 영역에서 높은 광 효율을 가진다는 장점이 있어, 섬광체와 결합하여 사용되기에 적합하다. 본 연구에서 섬광체의 특성조사와 실리콘 광 다이오드 센서를 설계 및 제작하고, 제작된 광 센서를 가지고 성능 측정을 진행하였다. 엑스선 검출기용으로 설계된 센서는 CWO 섬광체의 면적과 동일한 크기인 4 mm X 30 mm의 크기를 가지고 8 채널의 어레이 센서로 구성하였으며, n+ 엣지 필드 쉐이퍼 구조와 커플링 캐패시터 구조를 가진다. 또한 커플링 캐패시터를 구성하는 p+ 임플란트와 금속면의 넓이를 변수로 하는 총 일곱 가지 타입의 광 다이오드 센서를 설계하여 커플링 캐패시터의 정전용량과 임플란트 및 금속면 넓이에 대한 관계를 알아보고자 하였다. 설계된 광 센서의 제작은 한국전자통신연구원에서 수행되었으며, 고저항의 N-타입 실리콘 웨이퍼인 400 um과 500 um 두께에 대해 공정을 진행하였다. 센서 크기를 결정하기 위해서, PMT와 CWO 섬광체를 이용하여 결합면에 따른 섬광량 비교 실험을 수행하였다. 제작된 광 센서의 성능을 확인하기 위해 전기적 특성인 누설전류와 정전용량을 측정하여 다이오드 특성을 확인하였고, 구동전압은 60 – 80 V로 결정하였다. 측정된 전기적 특성 결과를 통해, 센서를 선별하여 성능 실험을 수행하기 위해 모듈로 제작하였다. 제작된 광 센서의 광 효율은 한국표준과학연구원에서 측정되었으며, 480 nm - 700 nm의 파장에서 95% 이상, 520 nm - 610 nm의 파장에서 99% 이상의 광 효율을 확인하였다. 광 센서를 이용한 방사선원 검출 실험으로, Sr-90 베타선원과 상업용 일렉트로닉스를 가지고 신호대잡음비를 측정하여 80 이상의 값을 얻었다. 또한 148의 신호대잡음비를 갖는 광 센서로 저에너지 감마선인 59.5 keV의 Am-241, 81 keV의 Ba-133 그리고 122 keV의 Co-57 선원을 가지고 저에너지 감마선을 검출하여 에너지분해능(FWHM)과 신호대잡음비를 측정하였다. 5.48 MeV의 에너지를 갖는 Am-241 선원으로 알파입자 또한 검출하여 에너지분해능(FWHM)을 측정하였다. 그리고 CsI(Tl) 섬광체를 광 센서와 결합하여 Na-22, Cs-137, Mn-54, Zn-65, Co-60의 감마선원 그리고 Am-241의 알파입자를 가지고 18.3%, 13.6%, 9.3%, 7.3%, 8.8%, 7.5% 그리고 23.2%의 에너지분해능을 측정하였다.
2007년에 발효된 미국의 “9ㆍ11 테러 대책 이행법률”의 영향으로 영상을 이용한 의심물체 자동 검출 기술을 위해 높은 화질의 영상을 구현하는 엑스선 검색기가 요구되며, 엑스선의 검출 효율이 높은 검출기 개발이 요구된다. 엑스선 컨테이너 검색기용 검출기로 CdWO4(CWO) 섬광체와 실리콘 광 다이오드 센서를 결합한 모듈이 사용되며, CWO 섬광체는 7.9 g/cm3의 높은 밀도와 64.2의 높은 유효원자번호를 가지므로 엑스선에 대해 높은 섬광 효율을 가지며 0.005%의 낮은 잔광 때문에 엑스선 검출기용으로 사용된다. 또한 실리콘 광 다이오드 센서는 부피가 작고 구동전압이 낮으며 가시광선 영역에서 높은 광 효율을 가진다는 장점이 있어, 섬광체와 결합하여 사용되기에 적합하다. 본 연구에서 섬광체의 특성조사와 실리콘 광 다이오드 센서를 설계 및 제작하고, 제작된 광 센서를 가지고 성능 측정을 진행하였다. 엑스선 검출기용으로 설계된 센서는 CWO 섬광체의 면적과 동일한 크기인 4 mm X 30 mm의 크기를 가지고 8 채널의 어레이 센서로 구성하였으며, n+ 엣지 필드 쉐이퍼 구조와 커플링 캐패시터 구조를 가진다. 또한 커플링 캐패시터를 구성하는 p+ 임플란트와 금속면의 넓이를 변수로 하는 총 일곱 가지 타입의 광 다이오드 센서를 설계하여 커플링 캐패시터의 정전용량과 임플란트 및 금속면 넓이에 대한 관계를 알아보고자 하였다. 설계된 광 센서의 제작은 한국전자통신연구원에서 수행되었으며, 고저항의 N-타입 실리콘 웨이퍼인 400 um과 500 um 두께에 대해 공정을 진행하였다. 센서 크기를 결정하기 위해서, PMT와 CWO 섬광체를 이용하여 결합면에 따른 섬광량 비교 실험을 수행하였다. 제작된 광 센서의 성능을 확인하기 위해 전기적 특성인 누설전류와 정전용량을 측정하여 다이오드 특성을 확인하였고, 구동전압은 60 – 80 V로 결정하였다. 측정된 전기적 특성 결과를 통해, 센서를 선별하여 성능 실험을 수행하기 위해 모듈로 제작하였다. 제작된 광 센서의 광 효율은 한국표준과학연구원에서 측정되었으며, 480 nm - 700 nm의 파장에서 95% 이상, 520 nm - 610 nm의 파장에서 99% 이상의 광 효율을 확인하였다. 광 센서를 이용한 방사선원 검출 실험으로, Sr-90 베타선원과 상업용 일렉트로닉스를 가지고 신호대잡음비를 측정하여 80 이상의 값을 얻었다. 또한 148의 신호대잡음비를 갖는 광 센서로 저에너지 감마선인 59.5 keV의 Am-241, 81 keV의 Ba-133 그리고 122 keV의 Co-57 선원을 가지고 저에너지 감마선을 검출하여 에너지분해능(FWHM)과 신호대잡음비를 측정하였다. 5.48 MeV의 에너지를 갖는 Am-241 선원으로 알파입자 또한 검출하여 에너지분해능(FWHM)을 측정하였다. 그리고 CsI(Tl) 섬광체를 광 센서와 결합하여 Na-22, Cs-137, Mn-54, Zn-65, Co-60의 감마선원 그리고 Am-241의 알파입자를 가지고 18.3%, 13.6%, 9.3%, 7.3%, 8.8%, 7.5% 그리고 23.2%의 에너지분해능을 측정하였다.
The demand for technology development for security devices to check the dangerous materials due to the risk of terrorism and national security purpose has been increased. We aim to develop a cargo scanner using a dual-beam X-ray. We want to use a combination of a scintillator and a photodiode detect...
The demand for technology development for security devices to check the dangerous materials due to the risk of terrorism and national security purpose has been increased. We aim to develop a cargo scanner using a dual-beam X-ray. We want to use a combination of a scintillator and a photodiode detector module to detect X-ray. The photodiode is commonly used instead of PMT (photomultiplier) because of higher quantum efficiency, smaller size, and lower operational voltage than PMT. The CdWO4 (CWO) crystal is used to be coupled with the photodiode sensor for X-ray scanner due to good detection efficiency and low afterglow optimized to high-speed scanner. The sensor was designed to collect the scintillation light as much as possible with consideration of the fill factor, the size, thickness of anti-reflective coating layer and depth of implantation in the design. The designed sensors were fabricated on 400 um and 500 um-thicknesses of n-type silicon wafer in ETRI (Electronics and Telecommunications Research Institute). To evaluate the properties of CWO crystals, measurements of emission wavelength, light yield, decay time components were performed. In case of the photodiode, electrical characteristics were measured to show quality of the manufactured sensor and several performance tests with commercial electronics were done. The leakage current and capacitance of the photodiode sensor were measured in order to check the diode characteristic and determine an operating voltage as 100 V. The relative quantum efficiency of the photodiode as a function of the wavelength was measured in KRISS (Korea Research Institute of Standards and Science). The signal-to-noise ratios (SNR) of the photodiode sensor with Sr-90 source were obtained to be better than 80. The low-gamma ray energies of 59.5 keV, 81 keV, 122 keV were detected by the photodiode sensor for the energy resolution (Full Width at Half Maximun, FWHM) and SNR. The alpha particle energy of 5.48 MeV was also detected to measure the energy resolution (FWHM). We investigated the signal yields as the ways of combination of the photodiode and scintillator. The energy resolutions (FWHM) of the photodiode detector coupled with the CsI(Tl) crystal using Na-22, Cs-137, Mn-54, Zn-65, Co-60 and Am-241 sources were measured as 18.3%, 13.6%, 9.3%, 7.3%, 8.8%, 7.5% and 23.2%, respectively.
The demand for technology development for security devices to check the dangerous materials due to the risk of terrorism and national security purpose has been increased. We aim to develop a cargo scanner using a dual-beam X-ray. We want to use a combination of a scintillator and a photodiode detector module to detect X-ray. The photodiode is commonly used instead of PMT (photomultiplier) because of higher quantum efficiency, smaller size, and lower operational voltage than PMT. The CdWO4 (CWO) crystal is used to be coupled with the photodiode sensor for X-ray scanner due to good detection efficiency and low afterglow optimized to high-speed scanner. The sensor was designed to collect the scintillation light as much as possible with consideration of the fill factor, the size, thickness of anti-reflective coating layer and depth of implantation in the design. The designed sensors were fabricated on 400 um and 500 um-thicknesses of n-type silicon wafer in ETRI (Electronics and Telecommunications Research Institute). To evaluate the properties of CWO crystals, measurements of emission wavelength, light yield, decay time components were performed. In case of the photodiode, electrical characteristics were measured to show quality of the manufactured sensor and several performance tests with commercial electronics were done. The leakage current and capacitance of the photodiode sensor were measured in order to check the diode characteristic and determine an operating voltage as 100 V. The relative quantum efficiency of the photodiode as a function of the wavelength was measured in KRISS (Korea Research Institute of Standards and Science). The signal-to-noise ratios (SNR) of the photodiode sensor with Sr-90 source were obtained to be better than 80. The low-gamma ray energies of 59.5 keV, 81 keV, 122 keV were detected by the photodiode sensor for the energy resolution (Full Width at Half Maximun, FWHM) and SNR. The alpha particle energy of 5.48 MeV was also detected to measure the energy resolution (FWHM). We investigated the signal yields as the ways of combination of the photodiode and scintillator. The energy resolutions (FWHM) of the photodiode detector coupled with the CsI(Tl) crystal using Na-22, Cs-137, Mn-54, Zn-65, Co-60 and Am-241 sources were measured as 18.3%, 13.6%, 9.3%, 7.3%, 8.8%, 7.5% and 23.2%, respectively.
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