For the purpose of digital x-ray imaging, many materials such as $PbI_2$, $HgI_2$, TlBr, CdTe and CdZnTe have been under development for servaral years as direct converter layer. $Hgl_2$ film detector have recently been shown as one of the most promising semiconductor materials to be used as direct converters in x-ray digital radiography. This paper, the $HgI_2$ films are deposited on conductive-coated glass by screen printing, in which $HgI_2$ powder is embedded in a binder and solvent, and the slurry is used to coat the conductive-coated glass. We investigated electrical characteristic of the fabricated $HgI_2$ films. The x-ray response to radiological x-ray generator of 70Kvp using the current integration mode will be reported for screen printing films. These results indicate that $HgI_2$ detectors have high potential as new digital x-ray imaging devices for radiography.
In this paper, we investigated electrical characteristics of the X-ray detector of mercuric iodide (HgI2) film fabricated by PIB(Particle-in-Binder) Method on ITO substrates 17cm$\times$20cm in size with thicknesses ranging from approximately 200${\mu}m$ to 240${\mu}m$. In the present study, using I-V measurements, their electrical properties such as leakage current, X-ray sensitivity, and signal-to-noise ratio (SNR),were investigated. The results of our study can be useful in the future design and optimization of direct active-matrix flat-panel detectors (AMFPD) for various digital X-ray imaging modalities.
본 연구에서는 새로운 구조의 X선 영상 검출기로써 광민감 $HgI_2$ 층이 포함된 CsI:Na 형광층의 구조를 설계하였다. 이러한 구조에서 X선은 두꺼운 CsI:Na 층에서 가시광선으로 변환된 후 하부의 얇은 $HgI_2$ 층에서 전하로 변환된다. CsI:Na와 $HgI_2$로 구성된 복합구조의 두께를 최적화하기 각 층의 두께를 변화시켜 X선에 대한 흡수효율을 시뮬레이션 하였다. 현재 상용화된 a-Se 단일층의 검출기는 수십 kV의 고전압이 요구되고, CsI:Na/a-Si 구조의 간접변환 방식은 낮은 변환효율을 가지는 단점이 있다. 본 연구의 결과로 제시된 새로운 형태의 CsI:Na/$HgI_2$ 복층 구조의 x-ray 검출기는 고전압이 필요한 직접 변환방식의 단점과 간접 변환방식의 낮은 효율을 보완할 수 있을 것으로 생각된다.
Polycrystalline mercuric iodide $HgI_2$) films are being developed as a new detector technology for digital x-ray imaging. The $HgI_2$ is generally vacuum deposited by physical vapor deposition (PVD) process. But the PVD thick deposition has been caused any instability in the biasing due to any defects or cracks. In this work we present a new particle-in-binder (PIB) methodologies used for the $HgI_2$ thick films. These growth techniques can be easily extended to produce much larger film areas. This paper, for the first time, presents results and comparison of polycrystalline $HgI_2$ films derived by various PIB methods. We investigated the structural and morphological properties of the films using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The films were characterized with respect to their electrical properties and in response to x-ray photons. Physical and electrical results were also compared between conventional polycrystalline PVD and our detectors. Leakage current as low as $350\;pA/cm^2$ at the bias voltage of ~ 200 V has been observed. And high sensitivity and good linearity in the response to x-rays was obtained in the film derived by PIB sedimentation method. Our future efforts will concentrate on optimization of film growth techniques for uniform large area deposition on image readout arrays.
요오드화수은은 우수한 엑스선 민감도 특성을 가진 광도전체로 비정질 셀레늄을 대체할 수 있는 후보물질로 많은 연구가 진행되고 있지만 높은 누설전류로 인해 상용화에 많은 한계점을 나타내고 있다. 본 연구에서는 요오드화수은의 높은 누설전류를 저감하기 위해 요오드화수은에 비해 입자가 작은 이산화규소 및 이산화티타늄을 물리적으로 혼합하여 단위시편을 제작하였으며 제작된 단위시편의 전기적 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 혼합한 두 물질 모두 요오드화수은의 높은 누설전류를 저감하는데 효과가 있었으며 요오드화수은-이산화티타늄 혼합물에서는 방사선 민감도 특성이 상당히 높아짐을 확인하였다.
최근 다엽콜리메이터를 부착한 선형가속기를 이용한 방사선수술의 빈도가 점차 높아지고 있다. 이러한 정교한 방사선 수술은 소조사면 내에 고선량의 방사선이 집중적으로 조사되기 때문에 체계적이고 정확한 정도관리가 필수적이다. 본 연구는 PIB(Particle in Binder) 방식 중 침전법을 이용하여 $400{\mu}m$ 두께의 요오드화납($PbI_2$)과 요오드화수은($HgI_2$) 광도전체 센서 시편를 제작하였다. 제작된 시편의 전기적 특성은 암전류, 출력전류, 응답특성 및 선형성을 평가하였다. 평가 결과, $HgI_2$ 가 우수한 신호발생량과 선형성을 보였다. 끝으로, 두께에 따른 $HgI_2$ 센서의 신호반응 특성 결과, $400{\mu}m$ 두께에서 신호발생효율이 가장 높았고, ${\pm}2.5%$ 이내의 우수한 재현성을 보였다.
The wet coating process could easily be made from large area film with printing paste mixed with semiconductor and binder material at room temperature. Semiconductor film fabricated about 25mm thickness was evaluated by field emissions-canning electron microscopy (FE-SEM). X-ray performance data such as dark current, sensitivity and signal to noise ratio (SNR) were evaluated. The $Hgl_2$ semiconductor was shown in much lower dark current than the others, but the best sensitivity. In this paper, reactivity and combination character of semiconductor and binder material that affect electrical and X-ray detection properties would prove out though experimental results.
현재 광도전체 물질을 이용한 직접변환방식의 방사선 검출기 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 광도전체 물질 중 상용화된 비정질 셀레늄(a-Se)에 비해 요오드화수은($HgI_2$) 광도전체 화합물은 고에너지에 대한 높은 흡수율과 민감도를 가지는 것으로 보고되고 있다. 또한 이러한 광도전체 필름은 발생된 신호의 검출효율은 상하부 전극크기에 의한 전기장의 세기 및 기하학적 분포에 많은 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 이에 본 연구는 $HgI_2$ 광도전체 필름에서 상하부 전극의 크기에 따른 X선 검출특성을 조사하였다. 시편제작은 기존의 진공 증착법이 두꺼운 대면적 필름제조가 어렵다는 문제점을 해결하고자 페이스트 인쇄법을 이용하여 인듐전극이 코팅된 유리기관위에 제작하였으며, 시편의 두께를 $150{\mu}m$, 면적크기를 $3cm{\times}3cm$ 크기로 제조하였다. 상부전극은 마그네틱 스퍼터링법을 이용하여 $3cm{\times}3cm$, $2cm{\times}2cm$, $1cm{\times}1cm$의 크기로 ITO(indium-tin-oxide)를 진공 증착하였다. 특성평가를 위해 X선 선량에 대한 민감도와 누설전류, 신호대잡음비를 측정하여 필름의 전기적 검출 특성을 정량적으로 평가하였다. 그 결과 상부전극의 크기가 증가함에 따라 검출된 신호의 크기가 다소 증가하는 경향을 보였다. 하지만, 전극크기의 증가에 따른 누설전류 또한 증가함으로써 신호대잡음비는 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 향후 광도전체를 적용한 X선 영상검출기 개발에 있어 상부전극의 최적크기와 구조설계가 고려되어야 할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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