초록 ▼

□ 연구목적
ㅇ 차세대 스마트 반도체 검출기 및 초고속 능동 신호 처리 장치 개발
ㅇ 차세대 검출기 제작을 위한 저전력 초저 잡음용 초소형 전자회로 설계 및 제작
ㅇ 방사선 의료기기 및 고에너지 물리 실험에 적합한 강 방사선등 이용을 위한 저잡음
-저전력 ASIC 및 초박형 12층 보드 개발
ㅇ 제작된 회로 및 보드 검증을 위한 고에너지 빔 테스트 실험 및 데이터 분석

□ 연구내용
ㅇ 단위 검출기의 크기 소형화 및 직접도 증가를 위한 ASIC 및 PCB 보드를 개발함
ㅇ 전력 소

□ 연구목적
ㅇ 차세대 스마트 반도체 검출기 및 초고속 능동 신호 처리 장치 개발
ㅇ 차세대 검출기 제작을 위한 저전력 초저 잡음용 초소형 전자회로 설계 및 제작
ㅇ 방사선 의료기기 및 고에너지 물리 실험에 적합한 강 방사선등 이용을 위한 저잡음
-저전력 ASIC 및 초박형 12층 보드 개발
ㅇ 제작된 회로 및 보드 검증을 위한 고에너지 빔 테스트 실험 및 데이터 분석

□ 연구내용
ㅇ 단위 검출기의 크기 소형화 및 직접도 증가를 위한 ASIC 및 PCB 보드를 개발함
ㅇ 전력 소모를 채널 당 25uW 이하로 낮추어야만 하므로 특정 입력 및 기간에 동작하는 ‘power pulsing'이라고 불리는 기술을 이용하여 회로의 전력 사용 감소
ㅇ 검출기 회로에 중요하게 사용하는 증폭 소자는 높은 증폭도와 저 노이즈, 많은 입출력 채널 등의 요구사항을 동시에 만족시켜야만 하므로 femto coulomb(fC)급 저잡음 증폭단의 개발을 수행, 저잡음-저전력 ASIC칩을 집적하여 사용할 수 있는 초박형 PCB보드 FEV 11를 개발하여 능동 신호 처리 장치 시스템을 완성함
ㅇ 연구를 진행하여 개발한 능동 신호 장치는 고에너지 입자 빔 실험을 위해 독일의 DESY 연구소에 있는 3–6 GeV급 Synchrotron을 이용하여 빔 테스트를 수행 및 자기장 테스트등 강인한 환경 조건 테스트를 수행함

□ 연구결과
ㅇ 유럽 입자물리학 공동 연구소의 중입자 충돌실험 (Large Hadron Collider)에 사용된 다중간극 저항판 (MRPC) 검출기 개발 및 실 측정을 수행함
ㅇ 뮤온 검출기에 필요한 Readout 회로기판 FEV11기판 개발연구 및 제작을 완료함
ㅇ 차세대형 중입자열량계에서 사용되어질 Readout 회로기판의 시작품 개발연구 및 제작을 완료하였고 DESY 빔 실험을 통하여 측정 시스템을 실증함

□ 연구결과의 활용계획
ㅇ 극한 상황에서도 높은 안정성과 성능을 요구하는 고 에너지 입자 충돌 가속기용 검출기개발은 초소형 전자회로를 사용하면서도 낮은 전력사용과 잡음세기, 높은 정확성 등 높은 성능의 회로 설계 기술을 요구하고 있으며 이 기술은 미국, 독일, 프랑스 등의 일부 선진 연구 기관만이 소유함
ㅇ 본 연구를 통해 고에너지 물리학 분야의 선진 기술을 익히고 연구를 교류함으로써 차세대 검출기 장치 개발은 물론, 신호 처리 모듈 개발을 위한 계측 및 통신, 제어 등 각종 회로 설계의 기반 기술을 습득할 것임
ㅇ LAL의 최첨단 회로 집적 기술을 이용하면 통신, 신호처리, 제어처리, 반도체 설계 등의 선진 기반 기술을 익힐 수 있으며 입자 에너지 분석 실험은 의료 공학 분야에도 반드시 필요한 기술로, 발전하는 의료기기 분야로의 기술 이전도 가능할 것이라 판단됨

(출처 : 연구결과 요약문 6p)

Abstract ▼

□ Purpose
ㅇ Development of next generation smart semiconductor detector and active sensor unit.
ㅇ Design and manufacturing of low power consumption and ultra-low compact electronic circuit for next generation detector.
ㅇ Development of low noise – low power ASIC and ultra thin 12-layer PCB

□ Purpose
ㅇ Development of next generation smart semiconductor detector and active sensor unit.
ㅇ Design and manufacturing of low power consumption and ultra-low compact electronic circuit for next generation detector.
ㅇ Development of low noise – low power ASIC and ultra thin 12-layer PCB board for radiation medical instrument and high energy physical experiment.
ㅇ High energy beam test experiment and its data analysis for manufactured circuit and PCB verification.

□ Contents
ㅇ We developed ASIC and PCB board for miniaturization of unit detector and increase of integration degree.
ㅇ To reduce power consumption to less than 25 uW per channel, the power use of the circuit was reduced using 'power pulsing' technology, which operates at specific inputs and durations.
ㅇ Since the important amplifiers in the detector circuit must meet the requirements of high amplification, low noise, and many input and output channels, we developed a femto coulomb (fC) class low noise amplifier.
ㅇ We developed an ultra-slim PCB board FEV 11 that can be used to integrate low-noise and low-power ASIC chips to complete the active signal processing system.
ㅇ The developed active signal device was used for beam test and magnetic field test in a robust environmental condition using 3-6 GeV class Synchrotron in DESY institute in Germany for high energy particle beam experiment.

□ Results
ㅇ We developed and measured a multi - gap resistance plate (MRPC) detector which was used in Large Hadron Collider in the European Institute of Particle Physics.
ㅇ Readout circuit boards (FEV11 boards) needed for muon detectors were developed and studied.
ㅇ Readout circuit boards to be used in the next-generation hardron calorimeter have been developed and completed.
ㅇ DESY beam experiment proved the measurement system.

□ Expected Contribution
ㅇ In order to develop detector for high energy linear collider, high level of circuit design technology is required such as low power consumption, noise, and high accuracy as well as micro electronic circuit.
ㅇ With this research, we can learn advance technology with respect to high energy physics area. In addition, circuit design technology such as signal measurement and communication, control can be acquired.
ㅇ Especially, communication, signal processing, control, semiconductor design technology can be acquired by using LAL’s advanced circuit integrated technology. In addition, particle energy analysis experiment is essential to medical engineering that this technology can be transferred to medical instrument industry.

(출처 : SUMMARY 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 6
• 한글요약문 ... 6
• SUMMARY ... 7
• 연구내용 및 결과 ... 8
• 1. 연구개발 과제의 개요 ... 8
• 2. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 3. 목표 달성도 및 자체평가 ... 33
• 4. 연구결과의 활용계획 ... 34
• 5. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 35
• 6. 참고문헌 ... 35
• 7. 연구성과 ... 35
• 8. 기타사항 ... 35
• 끝페이지 ... 35