[논문]방사선 검출을 위한 초고감도 반도체 센서 연구

방사선 검출을 위한 초고감도 반도체 센서 연구 원문보기

문혜진 (명지대학교 물리학과) , 전상준 (명지대학교 물리학과) , 박진훈 (명지대학교 물리학과) , 이준성 (한국전자통신연구원) , 윤용선 (한국전자통신연구원) , 주관식 (명지대학교 물리학과)

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본 연구에서 초 고감도 방사선 센서로 SiPM을 디자인하고, 개발하였다. 그리고 센서의 여러 디자인을 통해서 동작전압을 다양하게 조절할 수 있도록 하였고, 광 테스트를 통해서 센서가 단일 광자에도 민감하게 반응한다는 것을 확인하였다.

SiPM 센서를 p-type의 에피층의 두께를 A type은 1.2μm, B type은 1.5μm, C type은 2μm로 제작한 후, V-I 특성을 측정하였다.
SiPM 센서의 Microcell의 크기를 25 x 25μm2 , 50 x 50μm2 , 100x 100μm2 (Fig 2.)로 제작하였으며, 실리콘 웨이퍼에 p-type의 에피층 (epilayer)의 두께를 1.2μm에서 2μm로 조절하여 절연파괴전압 (Breakdown Voltage)를 다양하게 얻을 수 있도록 디자인하였다.
매우 약한 LED (465nm)의 빛을 이용하여 SiPM 센서의 출력신호를 실험하였다. 실험장치구성은 Fig 5.

초고감도 반도체 센서 SiPM은 현재 한국전자통신연구원(ETRI)에서 제작하였다. SiPM 센서의 Microcell의 크기를 25 x 25μm² , 50 x 50μm² , 100x 100μm² (Fig 2.

1.(b)에서 보는 바와같이 SiPM은 APD(Avalanche photodiode)와 유사하지만, 애벌런치 항복현상이 일어난 후의 Geiger 모드에서 동작하는 차이가 있으며, 각 마이크로 APD에 절연파괴전압 (Breakdown Voltage)이상의 전압이 인가되고 있는 상태에서, 특정 마이크로 APD에 하나의 광자가 입사하여 하나의 전자쌍을 생성하면 곧이어 105～106배 이상의 증배가 일어나는 매우 우수한 감도 특성을 나타낸다. 현재 전 세계적으로 의료나 산업분야에서 방사선을 검출하기 위해서 SiPM을 많이 연구하고 제작하고 있다.
본 연구에서 초 고감도 방사선 센서로 SiPM을 디자인하고, 개발하였다. 그리고 센서의 여러 디자인을 통해서 동작전압을 다양하게 조절할 수 있도록 하였고, 광 테스트를 통해서 센서가 단일 광자에도 민감하게 반응한다는 것을 확인하였다.

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