CdZnTe Detector for Computed Tomography based on Weighting Potential

Room-temperature operating CdZnTe(CZT) material is an innovative radiation detector which could reduce the patient dose to one-tenth level of conventional CT (Computed Tomography) and mammography system. The pixel and pixel pitch in the imaging device determine the conversion efficiency of incident X-or gamma-ray and the cross-talk of signal, that is, image quality of detector system. The weighting potential is the virtual potential determined by the position and geometry of electrode. The weighting potential obtained by computer-based simulation in solving Poisson equation with proper boundaries condition. The pixel was optimized by considering the CIE (charge induced efficiency) and the signal cross-talk in CT detector system. The pixel pitch was 1-mm and the detector thickness was 2-mm in the simulation. The optimized pixel size and inter-pixel distance for maximizing the CIE and minimizing the signal cross-talk is about $750{\mu}m$ and $125{\mu}m$, respectively.

가중 퍼텐셜에 기초한 CT용 CdZnTe 소자 설계

CdZnTe(CZT)는 상온에서 동작 가능한 II-VI족 기반의 화합반도체로 CT (Computed Tomography)나 맘모그라피 (mammography)용 검출기로 적용하면, 환자의 피폭선량을 저감할 수 있는 획기적인 소자재료이다. 픽셀(pixel)과 픽셀 피치(pixel pitch)에 따라 X선 변환효율과 신호 교차 (cross-talk)에 영향을 주어 영상 품질이 결정된다. 가중 퍼텐셜 (weighting potential)은 전극의 위치와 형태에 의해서 결정지어지는 가상 퍼텐셜로 Poisson's 방정식의 해를 통해서 구할 수 있다. 본 연구에서는 컴퓨터 기반의 모의실험을 통해 가상 퍼텐셜을 계산하고, 전하유도효율(CIE; charge induction efficiency)과 신호교차를 고려하여 CT용 센서에 적합한 픽셀을 결정하고자 하였다. 모의실험에서 1 mm의 픽셀피치와 2 mm 두께의 CZT를 가정하여, 다양한 픽셀과 픽셀피치를 설정 후 가중 퍼텐셜을 계산하였다. 픽셀의 크기가 $750{\mu}m$이고 픽셀간의 간격이 $250{\mu}m$일 때 최대 전하유도 효율과 최소 신호교차를 나타내었다.