[논문]진공증착된 <tex> $Cd_{1-x}Zn_{x}Te$</tex> 검출기의 X선 반응 특성 비교

강상식; 최장용; 이동길; 차병열; 김재형; 남상희

진공증착된 $Cd_{1-x}Zn_{x}Te$ 검출기의 X선 반응 특성 비교
The Comparison of X-ray Response Characteristics of Vacuum Evaporated $Cd_{1-x}Zn_{x}Te$ Detector 원문보기

강상식 (인제대학교 의용공학과) , 최장용 (인제대학교 의용공학과) , 이동길 (인제대학교 의용공학과) , 차병열 (인제대학교 의용공학과) , 김재형 , 남상희

There is a renewed interest in the application of photoconductors especially Cd(Zn)Te to x-ray imaging. In this paper, We investigate effects on x-ray detection characteristic of Zn dopped CdTe detector. Cd(Zn)Te film was fabricated by vacuum thermal evaporation method and then investigate physical analysis using EPMA and XRD. We investigated the leakage current and X-ray photosensitivity as applied voltage about fabricated Cd(Zn)Te film. Experimental results showed that the increase of Zn dopped concentration in $Cd_{1-x}Zn_{x}Te$ detector reduced a leakage current and improved a signal to noise ratio significantly.

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문제 정의

그러므로 본 연구의 목적은 기존의 결정성장법에의해 제작되어온 Cd(Zn)Te 방사선 검출기를 의료영상장치에 적용하기 위해 필요한 대면적화를 구현하기 위해서 진공증착(Vacuum Evaporation) 기술로CdiZnxTe 기반의 X선 센서를 제작하여 제작된 필름의 결정성장 및 조성비를 조사하였으며 X선에 대한 누설전류 및 X선 민감도를 측정 및비교를 함으로써 X선 영상검출기 개발을 위한 진단영역의 X선에 대해 CdTe에 첨가된 Zn의 최적조성비를 결정하고자 하였다.
본 연구에서는 차세대 디지털 X선 영상검출기 개발을 위한 광도전층인 CdjZrixTe를 진공증착법에의해 형성하였다. 제작된 박막의 조성비 분석을 조사하였다.

제안 방법

1 sec의 조사 시간으로 고정하였다. 또한 방사선량 검출기는 Ion chamber 2060(Radical Cooperation 社)을 이용하여 조사선량을 측정하였다.
0를 이용하였으며 유도 전압을적분한 후, 다음의 수식에 의해 X선에 의해 발생된전하량(Output charge, Q)을 계산하였다. 또한 종전하량 대 누설전하량의 비로써 신호대잡음비 (Signal to Noise Ratio)가 계산되었다.
또한 증착된 필름의 조성비를 분석하기 위해 EPMA(EPMA-1400, Shimadzu, Japan)를 이용하여 Cd/Zn/Te 각각의 구성비를 조사하였다.
999% 순도의 pellet을 사용하였다. 시편제작을 위해 이용된 증착기는 자체설계 및 제작된 저항가열식 (Resistive Thermal Evaporator) 진공증착기로써 이 장치는 mechanical pump와 diffusion pumpS 구성되어 증착 시 10-6 Torr의 진공도를 유지하였으며, 기판의 온도는 상온(room temperature)을 유지하였다.
제작된 CdiZnxTe시편의 물성분석으로는 우선 XRD(RAD-3C, Rigaku, Japan)를 사용하여 결정구조를 측정하고 박막의 우선 성장 방향을 측정하였다. 또한 증착된 필름의 조성비를 분석하기 위해 EPMA(EPMA-1400, Shimadzu, Japan)를 이용하여 Cd/Zn/Te 각각의 구성비를 조사하였다.
형성하였다. 제작된 박막의 조성비 분석을 조사하였다. 제작된 시편에 대해 X선 검출특성을 조사한 결과 Zn의 첨가비가 높을수록 낮은 누설전류에기인하여 SNR를 증가시킬 수 있었다.
제작된 시편에 대해서 암전류(dark current) 측정을 위해 전압발생기를 이용하여 제작된 시편의 양단에 10V에서 50V까지 10V의 간격으로 전압을 인가하고 난 후, electrometer(Keithley 6517A, USA)를 이용하여 미세전류를 측정하였다. 그림 1 은 이러한 누설전류를 측정하기 위해 실험 개략도를 나타낸 것이다.
조사 후, 유도전압 파형은 오실로스코프에 의해 획득되었으며 파형으로부터 총 전하량을 계산하기 위해 AcqKnowledge 3.0를 이용하였으며 유도 전압을적분한 후, 다음의 수식에 의해 X선에 의해 발생된전하량(Output charge, Q)을 계산하였다. 또한 종전하량 대 누설전하량의 비로써 신호대잡음비 (Signal to Noise Ratio)가 계산되었다.
ITO가 코팅된 기판위에 Cd(Zn)Te pellet을 약 600℃로 가열하여 면적이 2cmX2cm의 Cd(Zn)Te 층을 형성하였으며, 증착된 필름의 두께는 약 20剛 였다’ 인가전압에 의해 형성된 Cd(Zn)Te층의 미세파괴를. 통한 누설을 방지하기 위해 유전층 증착 시스템 (PDS 2060, SCS 此USA)을 이용하여 Cd(Zn)Te 층 위해 dielectric layer을 수 ㎛정도의 두께로 형성시켰다. 상부전극으로 Au wire를 진공 열증착법으로 L5cm시.

대상 데이터

본 실험에 이용된 CdTe 및 CdbxZnxTe(x=0.15, 0.25, 0.3) 증착원료는 Cerac 社의 99.999% 순도의 pellet을 사용하였다. 시편제작을 위해 이용된 증착기는 자체설계 및 제작된 저항가열식 (Resistive Thermal Evaporator) 진공증착기로써 이 장치는 mechanical pump와 diffusion pumpS 구성되어 증착 시 10-6 Torr의 진공도를 유지하였으며, 기판의 온도는 상온(room temperature)을 유지하였다.
그림 2는 X선 민감도를 측정하기 위한 실험 개략도를 나타내고 있다. 본 연구에 사용된 X선 발생기는 Shimadazu TR-500T25를 사용하였으며 신호획득을 위한 조사조건은 60 kVp, 150 mA와 0.1 sec의 조사 시간으로 고정하였다. 또한 방사선량 검출기는 Ion chamber 2060(Radical Cooperation 社)을 이용하여 조사선량을 측정하였다.

성능/효과

제작된 박막의 조성비 분석을 조사하였다. 제작된 시편에 대해 X선 검출특성을 조사한 결과 Zn의 첨가비가 높을수록 낮은 누설전류에기인하여 SNR를 증가시킬 수 있었다. 본 연구를 통해 Cd/Zn/Te의 최적조성비와 진공증착기술을 이용한 대면적 Cd(Zn)Te 필름의 제조기술은 차세대 평판형 디지털 X성 영상검출기 개발을 위한 기초자료로 활용될 것이다.

후속연구

제작된 시편에 대해 X선 검출특성을 조사한 결과 Zn의 첨가비가 높을수록 낮은 누설전류에기인하여 SNR를 증가시킬 수 있었다. 본 연구를 통해 Cd/Zn/Te의 최적조성비와 진공증착기술을 이용한 대면적 Cd(Zn)Te 필름의 제조기술은 차세대 평판형 디지털 X성 영상검출기 개발을 위한 기초자료로 활용될 것이다.

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