상용 p-MOSFET을 이용한 방사선 선량계 개발

Development of Radiation Dosimeter using Commercial p-MOSFET

반도체 센서(p-MOSFET)가 이온화 방사선에 노출되면 산화층내에 전자-정공이 생성되고, 이들 중에서 이동도가 낮은 정공은 이동중 산화층내에 트랩(trap)되어 센서의 출력 특성을 변화시킨다. 본 논문에서는 p-MOSFET를 방사선 누적선량 모니터링 센서로 활용하기 위해 국산 및 일산의 상용 p-MOSFET를 Co-60 $\gamma$선원을 갖춘 고준위 조사시설에서 조사한 후 출력특성의 변화를 분석하였다. 방사선 조사실험 결과 p-MOSFET는 조사된 누적 방사선량에 비례하여 문턱전압(threshold voltage, $V_T$)이 변화됨과 이 변화에는 선형적 특성을 지님을 알 수 있었다. 본 논문의 결과를 통하여 저가의 상용 p-MOSFET를 이용한 우수한 성능의 방사선 누적선량 모니터링 센서를 개발할 수 있음을 확인하였다.

When a metal oxide field effect transistor (MOSFET) is exposed to ionizing radiation, electron/hole pairs are generated in its oxide layer. The slow moving holes of them are trapped in the oxide layer of p-MOSFET and appear as extra charges that change the characteristics of the transistor. The radiation-induced charges directly impact the threshold (turn-on) voltage of the transistor. This paper describes the use of the radiation-induced threshold voltage change as an accumulated radiation dose monitoring sensor. Two kinds of commercial p-type MOSFETS were tested in a Co-60 gamma irradiation facility to see their capabilities as a radiation dosimeter. We found that the transistors showed good linearity in their threshold voltage shift characteristics with radiation dose. The results demonstrate the potential use of commercial p-MOSFETS as inexpensive radiation sensors for the first time.