본 연구는 고해상도 디지털 X선 영상 검출기 적용을 위해 미세 Gd2O2S:Tb 형광체 분말을 저온 액상법을 이용하여 합성하였다. 제조된 형광체 분말을 이용하여 입자침전법을 이용하여 형광체 필름을 제작하여 발광특성을 조사하였다. 측정결과, Tb 첨가농도에 따른 상대적인 발광량 측정결과 5 wt%의 첨가농도에서 가장 높은 발광효율을 보였으며, 첨 가농도가 증가할수록 소광현상에 의한 발광강도가 급격히 감소하는 경향을 보였다. 또한 270 ㎛ 두께의 Gd2O2S:Tb에 서 2945 pC/cm2/mR의 발광 강도를 가졌으며, 발광 강도가 거의 포화되는 것을 관찰할 수 있었다. 끝으로 제조된 형광 체의 영상획득 성능을 평가하기 위해 상용화된 CMOS 센서를 이용하여 X선 영상을 획득하여 MTF, NPS를 측정하여 DQE 평가를 수행하였다. 측정결과, DQE(0)의 값은 37%로 다소 낮은 값을 보였다. 향후 필름 제조 공정상의 문제점 을 해결한다면, DQE를 개선할 수 있을 것으며, 고해상도 의료 방사선 영상 시스템 적용에 유용하게 적용 가능할 것으 로 판단된다.

In this study, the basic research verifying possibility of applications as radiology image sensor in Digital Radiography was performed, the radiology image sensor was fabricated using double layer technique tio decrease dark current. High efficiency material in substitution for a-Se have been studied as a direct method of imaging detector in Digital Radiography to decrease dark current by using Hetero junction already used as solar cell, semiconductor. Particle-In-Binder method is used to fabricate radiology image sensor because it has a lot of advantages such as fabrication convenient, high yield, suitability for large area sensor. But high leakage current is one of main problem in PIB method. To make up for the weak points, double layer technique is used, and it is considered that high efficient digital radiation sensor can be fabricated with easy and convenient process. In this study, electrical properties such as leakage current, sensitivity is measured to evaluate double layer radiation sensor material.

progressing in widely. Among of theses photoconductor materials, mercuric iodide compound than amorphous selenium has excellent absorption and sensitivity of high energy radiation. Also, the detection efficiency of signal generated in photoconductor film varies by electric filed and geometric distribution according to top-bottom electrode size. Therefore, in this work, the x-ray detection characteristics are investigated about the size of top electrode in HgI photoconductor film. For sample fabrication, to solve the problem that is difficult to make a large area film, we used the spatial paste screen-print method. And the sample thickness is 150μm and an film area size is 3cm×3cm on ITO-coated glass substrate. ITO(Indium-Tin-Oxide) electrode was used as top electrode using a magnetron sputtering system and each area is 3cm×3cm, 2cm×2cm and 1cm×1cm. From experimental measurement, the dark current, sensitivity and SNR of the HgI film are obtained from I-V test. From the experimental results, it shows that the sensitivity increases in accordance with the area of the electrode but the SNR is decreased because of the high dark current. Therefore, the optimized size of electrode is importance for the development of photoconductor based x-ray imaging detector.

본 연구에서는 X선 조사에 의해 생성된 전하의 이동현상을 조사하기 위해 비행시간 측정방법을 이용하였다. 이 측 정기술은 일반적으로 디지털 X선 영상 변환물질의 전하 트랩 및 수송현상에 유용한 방법이다. 비행시간 측정법을 이용 하여 a-Se 광도전체의 전하 수송자의 과도시간 및 이동속도를 측정하였다. 시편제작을 위해 열증착법을 이용하여 유 리기판위에 400 ㎛ 두께의 a-Se 필름을 제작하였다. 측정결과, 전자와 정공의 과도시간은 10 V/㎛의 전기장에서 각각 229.17 ㎲ 와 8.73 ㎲ 였으며, 이동속도는 각각 0.00174 ㎠/V․s, 0.04584 ㎠/V․s 였다. 측정결과, 전자와 정공의 이 동 속도의 측정값에 다소 큰 차이를 보였으며, 이 결과로부터 전하수송 및 트랩 기전을 분석하는데 이용하였다.

본 연구에서는 고해상도 영상획득을 위해 저온액상법을 이용하여 Europium doped gadollium oxide(Gd2O3:Eu) 미 세 형광체를 제조하여 입자의 형상 및 구조를 분석하였으며, 발광체 필름에 대한 방사선에 대한 광학적 반응특성 실험 을 통해 고해상도 영상검출기 적용 가능성을 확인하였다. 제조된 형광체 필름 두께에 따른 광량 및 선량에 따른 발광 의 선형성을 조사하였다. 측정결과, 270 ㎛ 두께의 Gd2O3:Eu에서 2945 pC/cm2/mR의 발광 강도로 이 값은 벌크 형광 체 필름의 발광 강도보다 약 1.2배 높은 영상 획득을 위한 충분한 신호임을 확인할 수 있었다. 또한, 임상 진단 영역의 X선 조사선량 범위에서 대체로 좋은 선형적 특성을 보였다.

방사선 광변조기는 방사선량에 비례하여 액정셀의 광투과율의 변화를 이용하여 선량을 측정하는 소자이다. 본 연구 에서는 이러한 방사선 광변조기 적용을 위해 광도전체 필름을 제작하여 전기적 특성을 비교하였다. 필름제조는 침전법 과 인쇄법을 이용하여 ITO 유리기판 위에 200 ㎛의 두께로 형성하였다. 전기적 특성을 분석하기 위해 I-V 측정을 하 였으며, 측정된 누설전류와 민감도 값을 이용하여 신호대잡음비(SNR)를 얻었다. 측정결과, 인쇄법에 비해 침전법에 의해 제조된 HgI2 필름이 약 40%의 누설전류 저감효과를 보였으며, 민감도는 1 V/㎛의 전기장에서 2배 높은 값을 얻 었다. 또한, 침전법에 의해 제조된 PbI2, PbO, CdTe 필름에 비해 HgI2는 1 V/㎛에서 10 ～ 25배 높은 신호대잡음비를 가짐을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터 침전법에 의해 제조된 HgI2 광도전체를 방사선 광변조기에 적용함으로써 방 사선량 검출기의 우수한 특성을 가질 수 있을 것으로 기대된다.

최근 진단 X선 검출기 적용을 위한 방사선 검출물질로 반도체 화합물에 대한 많은 연구가 되고 있다. 본 연구에서는 반도체 화합물 중 광민감도가 우수하고 X선 흡수율이 높은 CdS 반도체를 이용하여 검출센서를 제작하였으며, 진단 X 선 발생장치에서의 에너지 영역에 대한 검출특성을 조사함으로써 적용 가능성을 평가하였다. 센서 제작은 CdS 센서로 부터의 신호 획득 및 정량화를 위한 Line voltage selector(LCV)를 제작하였으며, 전압감지회로 및 정류회로부를 설계 제작하였다. 또한 X선 노출조건에 따른 상호연관 알고리즘을 이용하였으며, DAC 컨트롤러와의 Interface board를 설 계 제작하였다. 성능평가는 X선 발생장치의 조사조건인 관전압, 관전류 및 조사시간별 저항변화에 따른 전압파형 특성 을 오실로스코프로 획득하여 ANOVA 프로그램을 이용하여 데이터를 통계 처리 및 분석하였다. 측정결과, 관전압과 관 전류이 증가할수록 오차의 비가 감소하였으며, 90 kVp에서 6%, 320 mA에서 0.4% 이하의 좋은 특성을 보였으며, 결 정계수는 약 0.98로 1:1의 상관관계를 보였다. X선 조사시간에 따른 오차율은 CdS 물질의 늦은 반응속도에 기인하여 조사시간이 길어질수록 지수적으로 감소하는 것을 알 수 있었으며, 320 msec에서 2.3%의 오차율을 보였다. 끝으로 X 선 선량에 따른 오차율은 약 10% 이하였으며, 0.9898의 결정계수로 매우 높은 상관관계를 보였다.

최근 광도전체와 형광체 기반의 디지털 방사선 검출기가 많은 관심을 받고 있으며, 이를 상업화 하기위한 많은 연구 들이 이뤄지고 있다. 디지털 방사선 검출기를 제작하는 방법에서 크게 직접변환방식과 간접변환방식이 있다. 본 연구 는 기존에 직접변환방식에 널리 사용되어 지고 있는 비정질 셀레늄(Amorphous seleinum)기반의 디지털 방사선검출 기 보다 좋은 SNR(Signal-to-noise ratio) 동작 특성을 가지는 X선 검출 물질을 제작하여 X선 조사시 두께와 전기장 형성에 따른 차이점을 알아보기 위한 것이다. 본 연구에서는 기존의 진공 증착법이 두꺼운 대면적 필름제조가 어렵다 는 문제점을 해결하고자 Screen-Print Method를 이용하여 전도성을 가진 ITO (Indium-tin-oxide)가 코팅 된 유리 판에 제작하였다. 본 연구에 사용된 X-선 검출물질로는 다결정 HgI2 를 사용하였으며, 시편의 두께를 150μm로 제작 하였으며, 3cm×3cm 크기로 제작하였다. 상부전극은 Magnetron sputtering system을 사용하여 3cm×3cm, 2cm×2cm, 1cm×1cm의 크기로 각각 다르게 하여 ITO(Indium-tin-oxide)를 증착 시킨 후, X선 조사시 HgI2의 민감 도와 누설전류, SNR 등을 측정하여 필름의 전기적 검출 특성을 정량적으로 평가하였으며, I-V테스트는 전류 적분 (integration) 모드를 사용하였다. 그 결과 전극의 크기에 따라 신호량 증가 특성을 확인할 수 있었지만 신호량의 증 가와 동시에 누설전류 또한 증가함으로써 전극의 크기에 따라 오히려 SNR 특성이 감소됨을 확인하였다. 향후 다양한 두께와 최적의 전극물질을 통해 신호대 잡음비를 개선시키기 위한 연구를 통해 최적화해야 할 것이다.

최근 의료영상분야에서 형광체와 광도전체 물질을 이용한 디지털 평판형 X선 영상검출기가 폭넓게 이용되고 있다. 본 연구는 CsI:Na 형광체층과 광민감도가 우수한 비정질 셀레늄(a-Se)층의 이중 접합구조로 구성된 변환구조 설계를 위한 몬테카를로 시뮬레이션과 X선에 대한 광학적 및 전기적 반응특성을 조사하였다. 먼저 CsI:Na의 발광스펙트럼과 a-Se의 광흡수 스펙트럼을 측정하여 X선에 의한 신호 변환특성을 분석하였다. 또한, 인가전기장의 함수에 따른 X선 민감도을 측 정하여 상용화된 a-Se(500㎛)의 직접변환 검출기와 비교 평가하였다. 측정결과로부터, 10 V/μm에서 CsI:Na(180 ㎛)/a-Se(30㎛) 변환센서의 X선 민감도는 7.31 nC/mR-cm2 이고, a-Se(500㎛) 검출기는 3.95nC/mR-cm2로 약 2배 정 도 높은 값을 보였다.

최근 디지털 방사선 영상획득을 위한 평판형 X선 검출기에 이용되는 광도전체(a-Se, HgI2, PbO, CdTe, PbI2 등)에 대 한 관심이 증대되고 있다. 본 연구에서는 HgI2 와 a-Se 필름 변환체에 대해 X선에 대한 전기적 신호검출 특성을 조사하였 다. 수백 마이크로의 두꺼운 광도전체 필름 제작을 위해 HgI2는 입자침전방법을 이용하였고, a-Se은 종래의 진공열증착법 을 이용하였다. 제작된 시편에 대한 전기적 특성 실험은 누설전류, 신호응답 특성, 민감도 등을 측정하였다. 실험결과로부 터, HgI2는 상용화된 a-Se에 비해 낮은 동작전압특성과 우수한 신호 발생율을 보임을 알 수 있었다.

본 연구에서는 디지털 엑스레이 검출기의 직접 방식 다결정 lead oxide(PbO)를 이용하여 고효율 방사선 검출 센서를 제작하였다. 나노 크기의 PbO 입자들은 높은 효율을 가지기 위하여 액상법에 의한 합성법을 통하여 제작되었다. 제작된 나노 크기의 PbO 입자를 이용하여 실온에서 200㎛ 두께의 후막을 PIB(particle-in-binder) 방법으로 다양한 온도에서 ITO(Induim Tin Oxide) 유리 위에 도포되었다. 제작된 PbO 후막은 누설전류, 엑스레이 감도, 신호 대 노이즈 비(SNR)을 통해 전기학적 특성이 분석되었다. 이로서 후막의 전기적 특성이 열처리 온도에 따라 많은 영향을 미치는 것을 발견하였고 산소 분위기에서 500℃의 온도로 열처리과정을 거친 후막이 엑스레이 검출 센서로서의 효율이 가장 높다는 결론을 도출할 수 있었다.

본 연구에서는 적층 구조를 이용하여 누설전류를 저감 시키는 기술을 적용하여 PIB(Particle-In-Binder) 법을 이용한 방사선 영상 센서의 변환 물질을 개발하였다. 이는 디지털 방사선 영상 검출기의 두 가지 방식 중 하나인 직접방식에 사용 되는 핵심 소자로 기존의 a-Se을 대체하여 더욱 효율이 높은 후보 물질들이 연구되어지는 가운데 태양전지와 반도체 분 야에서 이미 많이 사용되어온 이종접합을 이용해 누설 전류를 저감 시키는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 사용되는 PIB 제작 방법은 검출 물질 제작이 용이하고 높은 수율과 대면적의 검출기 제작에 적합하나 높은 누설 전류가 의료 영상에 있 어서 문제가 되어 오고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 적층 구조를 이용하여 누설 전류를 저감시킨다면 PIB법을 이용 하여 간편하게 향상된 효율의 디지털 방사선 검출기를 제작 할 수 있다고 사료 되어 진다. 본 연구에서는 누설 전류와 민 감도에 대한 전기적 신호를 측정하여 제작된 적층 구조의 방사선 검출 물질의 특성 평가가 이루어 졌다.

현재 의료용 엑스선 장비는 기존의 아날로그 방식의 필름, 카세트를 대신하여 디지털 방식인 CR, DR 이 널리 사용 되며 그에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구 에서는 디지털 엑스선 장비의 변환물질로 BiI3(Bismuth tri-iodide)를 적용하여 실험하였으며 기존 선행연구에 비해 만족할만한 결과 값은 얻을 수 없었지만 현재 가장 많이 사용되고 있는 a-Se(Amorphous Selenium)의 단점인 고전압인가와 제작방식의 어려움을 보완할 수 있는 새로운 가 능성을 제시해 주었다. 본 연구에서 사용되어진 변환 물질은 순도 99.99%의 BiI3가 이용되었으며 3cm × 3cm의 크기 와 200um의 두께를 가지는 변환물질 층이 제작되었다. 변환 물질의 상하부에는 Magnetron Sputtering system장비를 이용한 ITO 전극이 형성된다. 형성된 BiI3 엑스선 변환 물질의 특성 평가를 위해 구조적 분석과 전기적 분석이 이루어 졌다. SEM 측정을 통해 제작된 필름의 표면 및 단면적, 구성 성분을 관찰하였고, 전기적 분석을 위해서는 누설전류, 엑스선에 대한 신호량 및 잡음 대 신호비의 관찰이 이루어졌다. 실험 결과 BiI3는 1.6 nA/㎠의 누설전류와 0.629 nC/㎠ 의 신호량을 측정할 수 있었으며, 이렇게 Screen print method로 제작된 엑스선 검출 물질은 PVD방법을 이용해 제작 된 물질과 비슷하거나 더 나은 전기적 특성을 가지고 있었고 이는 제작 방법의 간소화 및 수율을 향상 시킬 수 있어 BiI3도 a-Se를 대체하기 위한 변환물질로 적합하다고 사료된다.

HgI2의 경우 타 광도전체 물질(a-Se, a-Si, Ge, etc)등에 비해 X선 민감도가 우수하며, 낮은 인가전압에서 구동이 용이한 특성을 가지고 있다. 이러한 특징을 바탕으로 본 연구에서는 HgI2 (Mercury Iodide) 기반의 평판형 디지털 방 사선 광도전체 필름을 두께에 따른 구현에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 기존의 PVD(Physical Vapor Deposition)방법의 두꺼운 대면적 필름제조가 어려운 문제점을 해결하 기 위해 Screen printing 방법을 사용하였다. 바인더의 종류로는 PVB (Polyvinylbutyral)와 DGME (Diethylene Glycol Monobutyl Ether)와 계면활성제 역할을 하는 DGMEA (Diethylene Glycol Monobutyl Ether Acetate)로 제작하는 바인더를 사용하여 Screen Printing법을 이 용하여 각각의 다른 두께를 가지는 다결정의 HgI2 (Mercury Iodide) 필름을 제작하였다. 제작된 필름의 전기적 특성을 dark current, X-선 sensitivity와 SNR(Signal to -Noise Rate) 등을 측정하여 정량 적으로 평가 하였다. 그 결과 DG계 200um의 근사하게 제작한 HgI2 (Mercury Iodide) 필름의 전기적특성이 가장 좋 게 측정되었다. 얻어진 결과로 볼 때 HgI2 기반의 의료용 광도전체 필름은 기존의 a-Se(Amnorphous seleinum; a-se)를 이용한 디지털 방사선 광도전체 필름의 대체 적용에 대해 충분한 가능성을 보였다.

최근 의료진단 분야와 다른 적용분야를 위해 대면적 매트릭스 구조의 엑스선 영상이 활발하게 연구되어 오고 있다. 본 연구에서는, 의료진단을 위한 새로운 평판형 디지털 엑스선 가스 검출기를 제안하고 그에 따른 특성을 검증하고자 한다. 대기압에 반해 가스를 주입하는 어려움 때문에 챔버 형태의 구조로 만들어 질 뿐, 평판형 디지털 엑스선 가스 검 출기는 아직 어디에서도 연구된 바 없다. 이에 본 연구에서는 디스플레이 패널 제작 기술을 이용하여 샘플제작을 성공 하였다. 실험적인 측정을 위해 만들어진 샘플은 상판에는 유리기판위에 전극, 절연층, 산화마그네슘 보호막을 형성하 였으며, 하판에는 엑스선 형광층과 전극을 형성하였다. 누설전류와 엑스선 민감도를 측정하였으며, 전기장에 대한 민 감도의 선형성 측정 등의 전기적 특성평가를 실시하였다. 이에 대한 결과로 안정된 누설전류와 엑스선 민감도를 얻었 다. 그리고 조사 선량에 따라 좋은 선형성을 보이는 등 넓은 진단 동적영역을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 평판형 엑스선 가스 검출기의 디지털 엑스선 영상 검출기로의 적용 가능성을 확인 할 수 있었다.

본 연구에서는 헤테로 접합을 이용하여 누설전류를 저감 시키는 기술을 적용하여 Particle-In -Binder을 이용한 방 사선 영상 센서의 변환 물질을 개발하였다. 이는 디지털 방사선 영상 검출기의 두 가지 방식 중 하나인 직접방식에 사 용되는 핵심 소자로 기존의 비정질 셀레늄(Amorphous Selenium)을 대체하여 더욱 효율이 높은 후보 물질들이 연구되 어지는 가운데 태양전지와 반도체 분야에서 이미 많이 사용되어온 이종접합(Hetero junction)을 이용해 누설 전류를 저감 시키는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 사용되는 Particle-In -Binder 제작 방법은 검출 물질 제작이 용이하고 높은 수율과 대면적의 검출기 제작에 적합하나 높은 누설 전류가 의료 영상 시스템에 있어서 문제가 되어 오고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 다층 구조를 이용하여 누설 전류를 저감시킨다면 Particle-In -Binder을 이용하여 간편 하게 향상된 효율의 디지털 방사선 검출기를 제작 할 수 있다고 사료 되어 진다. 본 연구에서는 누설전류 및 민감도, 그리고 선형성에 대한 전기적 신호를 측정하여 제작된 다층 구조의 방사선 검출 물질의 특성 평가가 이루어 졌다.

디지털 방사선 검출기의 주된 연구동향은 영상의 해상도 향상, 대면적화, 동영상 구현 등… 이라 할 수 있다. 이런 연구는 방사선 변환과정에 따라 크게 직접변환 방식과 간접 변환 방식으로 나눌 수 있으며 각각 고유한 장단점을 내포 하고 있다. 간접변환 방식의 경우 형광체의 사용으로 인한 Light scattering 문제로 해상력의 저하 그리고 직접방식의 경우는 낮은 system 안정성과 동영상 구현의 어려움 등이 대표적이라 할 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위한 연구로 써 액정을 이용한 엑스선 검출기 연구가 진행되었으나 그 구조의 특성상 균일한 액정의 주입이 어려워 제작에 있어 많 은 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 기존의 문제점을 해결할 수 있는 구조를 제안하고 이를 Simulation 통해 제안 된 구조의 가능성을 검토해 보았다.

현재 기존의 아날로그 형태의 필름/스크린 방식은 영상 저장 및 전송 등의 문제점이 대두되면서, X선에 반응 하여 전하 캐리어를 생성시키는 광도전체 물질을 사용하는 직접 방식의 디지털 방사선 검출기로의 연구가 활 발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 광도전체 물질인 Lead Oxide와 기존에 많이 연구가 진행 되었던 Lead (Ⅱ) Oxide를 PIB(Particle In Binder) 방식으로 각각 제작하여 그 전기적 특성을 비교 평가하고자 하였다. 기 존의 논문 중 물질의 입체각에 관한 논문에 따르면 정방계의 물질이 사방정계의 물질보다 좋은 특성을 보인다 는 것을 기반으로 하여 PbO가 정방계의 α-PbO와 사방정계의 β-PbO를 비교하였다c. 정방계의 α-PbO와 β -PbO를 PVB(Poly Vinyl Butyral)를 이용한 바인더를 사용하여 PIB(Particle In Binder) 방법으로 제조된 각 시편의 민감도(X-ray sensitivity), 누설전류(Leakage current) 및 SNR(Signal to Noise Rate)와 같은 전기적 특성을 실험을 통해 확인 비교한 것이다. 그리고 시편의 물리적인 특성을 보기 위한 기본적인 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을 촬영하였다. 본 논문에서는 완벽한 α-PbO를 제작하지 못하였으므로 차후 물질 을 제작하는 것에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.

이 연구에서는 알코올과 증류수를 특정비율로 혼합한 특수용매를 사용하여 합성한 Gd2O3:Eu 나노 분말이 Europium(Eu)함량에 따라 어떤 입자특성과 발광특성을 가지게 되는지에 대하여 조사하였다. 액상법에 사용된 이 용매는 Gadolinium(Gd)과 Europium(Eu)의 용해되는 시간을 현저히 줄임으로써, 실험시간이 단축됨을 확 인하였다. 이번 실험에서 Gd2O3:Eu 나노 powder 형광체의 입자특성은 SEM(scanning electron microscope)과 EDX(Energy Dispersive X-ray)를 사용하였으며, 나노 powder의 발광특성은 PL(Photoluminescence), CL(CathodeLuminescence)을 사용하여 측정하였다. 결정들은 30nm∼40nm의 크기의 결정을 가졌고 발광특성 은 약 620nm의 특정 파장에서 크게 반응함을 알 수 있었으며, Europium(Eu)함량이 1wt%에서 3wt%, 5wt% 로 늘어날수록 Photon의 count가 증가하게 되어 발광효율이 증가함을 알 수 있었다.