[논문]고정형 디지털 단층합성 영상을 위한 탄소 나노튜브 전계 에미터 기반 디지털 엑스선 튜브

송윤호

고정형 디지털 단층합성 영상을 위한 탄소 나노튜브 전계 에미터 기반 디지털 엑스선 튜브 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.15 no.6, 2014년, pp.3 - 10

송윤호 (한국전자통신연구원(ETRI) 창의미래연구소 나노전자원창의연구센터)

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문제 정의

본 기술특집에서는 최근 ETRI에서 개발된 유방암 검진을 위한 고정형 디지털 단층합성 영상용(stationary Digital Breast Tomosynthesis: sDBT) CNT 전계 에미터 엑스선 튜브에 대하여 자세히 알아보고, 그 응용 가능성과 더불어 전계방출 디지털 엑스선 소스의 기술적 과제와 미래 전망을 논하고자 한다.
최근 ETRI에서 개발된 유방암 검진을 위한 sDBT용 CNT 전계 에미터 엑스선 튜브를 중심으로 전계방출디지털 엑스선 소스의 기술적 가능성을 알아보았다. CNT를 이용한 전계방출 엑스선 소스는 100년 이상 존속되어온 열전자 엑스선 소스의 아날로그 구동을 디지털로 전환시키는 "패러다임 변환"을 가져올 수 있으며, 이에 따라 전계방출 엑스선 소스를 기반으로 새롭고 혁신적인 의료 검진/치료, 보안, 검사 시스템이 창출될 수 있을 것이다.

제안 방법

ETRI는 최근 2절에서 논의한 CNT 전계 에미터를 이용하여 sDBT용 엑스선 소스를 완전 진공 밀봉된 튜브(tube) 형태로 개발하였다[17]. DBT용으로 사용되기 위해서는 엑스선 소스의 아노드 전류가 수십 mA로 높아야 할 뿐만 아니라 엑스선의 초점(focal spot) 크기도 0.
한편, ETRI는 CNT와 캐소드 기판과의 접착성을 높이기 위해 기판과 물리, 화학적 반응이 일어날 수 있는 무기 필러를 선택하였으며, 선택된 기판과 필러간의 반응을 유도하기 위해 통상적인 CNT 에미터 공정(CNT 페이스트 인쇄, 소성, 표면처리)외에 고온 진공 열처리 그림 4. 기판에 최적화된 필러를 가진 CNT 전계 에미터의 고온 진공 열처리 효과와 일정 전류 신뢰성 평가 후의 CNT의 전자현미경 사진와 추가적인 표면처리를 하였다[22]. [그림 4]는 기판에 최적화된 필러를 가진 CNT 전계 에미터의 고온 진공 열처리 효과와 일정 전류 신뢰성 평가(constant current reliability test) 후의 CNT의 전자현미경 사진을 보여준다.

성능/효과

[그림 12]는 ETRI에서 개발된 CNT 전계 에미터 엑스선 튜브와 ACC 회로를 이용하여 sDBT 시스템의 구현 가능성을 보여주는 결과이다. 5개의 엑스선 튜브를 원호(arc)에 따라 배치하고 원호 중심점에 놓인 계단형 쇄기(step wedge) 팬텀에 대하여 엑스선의 듀티(duty)를 조절하여 투사 영상을 찍은 결과, 균일하면서도 투사 방향에 일치하는 영상을 획득할 수 있었다. 얻어진 투사 영상을 FBP(Filtered Back projection) 등의 알고리즘으로 재합성하면 팬텀에 대한 3차원 영상을 얻을 수 있을 것이다.
[그림 4]는 기판에 최적화된 필러를 가진 CNT 전계 에미터의 고온 진공 열처리 효과와 일정 전류 신뢰성 평가(constant current reliability test) 후의 CNT의 전자현미경 사진을 보여준다. [그림 4]에서 보는 바와 같이, 추가적인 고온 진공 열처리와 표면처리로 110mA/cm2의 높은 전류밀도에서도 연속 100시간 이상의 높은 장기 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있었다.
특히, 캐소드에 대한 아노드, 게이트, 집속 전극의 전류비가 아노드 전압 (Va)에 무관하게 관측되는 것은 발생되는 엑스선의 초점 크기를 쉽게 제어하면서도 엑스선의 에너지와 선량(아노드 전압과 전류에 의존함)을 높일 수 있음을 의미한다. 이러한 특성은 개발된 CNT 전계 에미터 엑스선 튜브를 다중 에너지 단층촬영(multiple energy CT)에도 응용할 수 있는 좋은 결과로 열전자 엑스선 소스 대비 뚜렷한 차별성과 우수성을 보여준다.
CNT 전계 에미터 엑스선 튜브로부터 방출되는 엑스선의 특성을 [그림 10]에서와 같이 분석하였다. 초점 크기를 십자형 와이어 (cross wire)를 이용하여 유럽 표준(European standard EN 12543-5)으로 측정한 결과, 튜브의 종방향(longitudinal: L)으로 0.27mm, 횡방향(transverse: T)으로는 0.35mm로 나타났으며, 이때 아노드, 게이트, 마이크로 및 매크로 집속 전극에 인가된 전압은 각각 30kV, 1.25kV, 200V, 500V였다. 측정된 초점 크기는 설계 기대치와 거의 유사하며, 유방암 진단에 활용할 수 있는 수준을 갖는 것으로 판단된다.
25kV, 200V, 500V였다. 측정된 초점 크기는 설계 기대치와 거의 유사하며, 유방암 진단에 활용할 수 있는 수준을 갖는 것으로 판단된다. 한편, 엑스선 스펙트럼은 튜브의 윈도우로부터 44cm 떨어진 위치에서 측정되었는데, 윈도우 물질로 사용된 Mo의 두께(0.
측정된 초점 크기는 설계 기대치와 거의 유사하며, 유방암 진단에 활용할 수 있는 수준을 갖는 것으로 판단된다. 한편, 엑스선 스펙트럼은 튜브의 윈도우로부터 44cm 떨어진 위치에서 측정되었는데, 윈도우 물질로 사용된 Mo의 두께(0.1mm)를 고려하면 전형적인 W의 엑스선 스펙트럼과 잘 일치한다. 30keV의 전자빔에 의해 W 타겟에서 특성 엑스선(characteristic x-ray)과 제동 복사(Bremsstrahlung)에 의한 연속 엑스선 (continuous x-ray)이 발생되며, 발생된 엑스선 중 20keV 이상의 엑스선은 0.

후속연구

CNT를 이용한 전계방출 엑스선 소스는 100년 이상 존속되어온 열전자 엑스선 소스의 아날로그 구동을 디지털로 전환시키는 "패러다임 변환"을 가져올 수 있으며, 이에 따라 전계방출 엑스선 소스를 기반으로 새롭고 혁신적인 의료 검진/치료, 보안, 검사 시스템이 창출될 수 있을 것이다.
CNT를 이용한 전계방출 엑스선 소스는 100년 이상 존속되어온 열전자 엑스선 소스의 아날로그 구동을 디지털로 전환시키는 "패러다임 변환"을 가져올 수 있으며, 이에 따라 전계방출 엑스선 소스를 기반으로 새롭고 혁신적인 의료 검진/치료, 보안, 검사 시스템이 창출될 수 있을 것이다. 현재 전계방출 엑스선 소스는 초기 개발 단계로 상용화의 실현 가능성과 더불어 다양한 응용 분야가 제시되고 있으나, 효과적인 전자빔 집속을 위한 초고밀도의 전계 에미터, 고전압하에서 아킹 억제/방지, 진공도에 대한 전계 에미터의 내성 강화 등의 기술적 과제와 더불어 가격 경쟁력 확보가 해결되어야할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄소 나노튜브는 어떤 구조인가?	탄소 나노튜브(Carbon Nanotube: CNT)는 한 겹 또는 다 겹의 그래핀(graphene)이 실린더 형태로 말린 구조로써, 그 직경이 수nm이면서 길이는 수~수십µm로 일반적인 반도체 공정으로는 구현하기 어려운 고 종횡비(aspect ratio)의 구조를 가질 뿐만 아니라 열적, 기계적 안정성도 큰 특징을 가진다. 이에 따라 이격된 거리에서 전압을 인가하면 CNT 끝단에 높은 전기장이 유도되고 이에 대응하여 전자의 양자역학적인 터널링이 매우 쉽게 일어나기 때문에 CNT를 고성능의 전자원 (electron source)으로 활용할 수 있다.
	ETRI에서 CNT 전계 에미터가 갖고있는 문제점을 해결하기 위해 개발된 방법은?	하지만, CNT 전계 에미터는 여전히 캐소드 기판에 대한 약한 접착력 (weak adhesion), CNT 원자 구조에서의 결함 (imperfection), 낮은 진공도에 의한 열화(degradation) 또는 파괴(breakdown) 등의 문제점을 가지고 있으며, 이러한 문제점은 CNT 전계 에미터의 실제 소자 응용단계에서 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다. ETRI에서는 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 종래의 3-롤 밀링 (3-roll milling) 대신에 볼 밀링(ball milling)을 사용하는 새로운 페이스트 배합 방법을 개발하였다[21].
	CNT를 전자원으로 활용한 대표적인 응용에는 어떤 것들이 있는가?	이에 따라 이격된 거리에서 전압을 인가하면 CNT 끝단에 높은 전기장이 유도되고 이에 대응하여 전자의 양자역학적인 터널링이 매우 쉽게 일어나기 때문에 CNT를 고성능의 전자원 (electron source)으로 활용할 수 있다. CNT를 전자원으로 활용한 대표적인 응용은 전계방출 디스플레이 (field emission display)[1-2], 전계방출 램프(field emission lamp)[3-9], 전계방출 엑스선 소스(field emission x-ray source)[10-19] 등이며, 전계방출 엑스선 소스는 현재 상용화하기 위한 연구가 활발히 진행 되고 있다[20].

참고문헌 (23)

W. B. Choi, D. S. Chung, J. H. Kang, H. Y. Kim, Y. W. Jin, I. T. Han, Y. H. Lee, J. E. Jung, N. S. Lee, G. S. Park, and J. M. Kim, Appl Phys. Lett. 75, 3129 (1999).
J. Dijon, A. Fournier, M. Levis, R. Meyer, C. Bridoux, B. Montmayeul, F. Muller, P. Nicolas, D. Sarrasin, J. R. Adamski, J. L. Bellanger, D. Bellissens, M. Lefort, and J. L. Ricaud, SID Symposium Digest 38, 1313 (2007).
J.-W. Jeong, D.-J. Kim, J.-T. Kang, J.-S. Kim, and Y.-H. Song, Proc. of the 14th International Display Workshops 2007 2189 (2007).
Y. C. Choi, J. W. Lee, S. K. Lee, M. S. Kang, C. S. Lee, K. W. Jung, J. H. Lim, J. W. Moon, M. I. Hwang, I. H. Kim, Y. H. Kim, B. G. Lee, H. R. Seon, S. J. Lee, J. H. Park, Y. C. Kim, and H. S. Kim, Nanotechnology 19, 235306 (2008).

상세보기
J.-W. Jeong, D.-I. Kim, J.-T. Kang, J.-S. Kim, and Y.-H. Song, Proc. of the 15th International Display Workshops 2008 2019 (2008).
J.-W. Jeong, D.-I Kim, J.-T. Kang, J.-W. Kim, and Y.-H. Song, International Meeting on Information Display Digest 2009 148 (2009).
J.-W. Jeong, D.-J. Kim, K.-I. Cho, and Y.-H. Song, J. Vac. Sci. Technol. B27, 1097 (2009).
Y.-H. Song, D.-I Kim, J.-T. Kang, J.-W. Kim, and J.-W. Jeong, Proc. of the 16th International Display Workshops 2009 1455 (2009).
Y.-H. Song, J.-W. Jeong, and D.-J. Kim, "CNT-Based FEL for BLU in LCD,In: Y. Saito, editor. Carbon nanotube and related field emitters," Fundamentals and applications, 343 (2010).
A. Haga, S. Senda, Y. Sakai, Y. Mizuta, and S. Kita, F.Okuyama, Appl. Phys. Lett. 84, 2208 (2004).

상세보기
T. Nakazato, M. Nakanishi, S. Kita, F. Okuyama, Y. Shibamoto, and T. Otuka, Radiat. Res. 48, 153 (2007).

상세보기
F. Okuyama, "Miniature X-ray Tubes, In: Y. Saito, editor. Carbon nanotube and related field emitters," Fundamentals and applications, 3 (2010).
S. Wang, X. Calderon, R. Peng, E. C. Schreiber, and O. Zhou, S. Chang, Appl. Phys. Lett. 98, 213701 (2011).

상세보기
X. Qian, R. Rajaram, X. Calderon-Colon, G. Yang, T. Phan, D. S. Lalush, J. Lu, and O. Zhou, Med. Phys. 36, 4389 (2009).

상세보기
A.Tucker, X. Qian, E. Gidcumb, D. Spronk, F. Sprenger, J. Kuo, S. Ng, J. Lu, and O.Zhou, SPIE2012 (2012).
O. Zhou, "X. Calderon-Colon, Carbon nanotube-based field emission X-ray technology, In: Y. Saito, editor. Carbon nanotube and related field emitters," Fundamentals and applications, 417 (2010).
J.-W. Jeong, J.-W. Kim, J.-T. Kang, S. Choi, S. Ahn, and Y.-H. Song, Nanotechnology 24, 085201 (2013).

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J.-W. Jeong, J.-T. Kang, S. Choi, J.-W. Kim, S. Ahn, and Y.-H. Song, Appl. Phys. Lett. 102, 023504 (2013).

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J.-T. Kang, J.-W. Kim, J.-W. Jeong, S. Choi, J. Choi, S. Ahn, and Y.-H. Song, ETRI J. 35, 1164 (2013).

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송윤호, 인포메이션 디스플레이 13, 14 (2012).
J.-W. Kim, J.-W. Jeong, J.-T. Kang, S. Choi, S. Ahn, and Y.-H. Song, Nanotechnology 25, 065201 (2014).

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J.-W. Kim, J.-W. Jeong, J.-T. Kang, S. Choi, S. Park, M.-S. Shin, S. Ahn, and Y,-H, Song, Carbon (2014), in press, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2014.10.068.
J.-W. Kim, M.-S Shin, J.-W. Jeong, J.-T. Kang, S. Choi, S. Park, J.H Yeon, S. Ahn, and Y.-H. Song, submitted to IEEE Electron Device Lett.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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