• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2009년도 정보 및 제어 심포지움 논문집
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• pp.159-162
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• 2009

The necessity of radiation dosimeter with precise measurement of radiation dose is increased and required in the field of spacecraft, radiotheraphy hospital, atomic plant facility, etc. where radiation exists. Until now, a low power commercial metal-oxide semiconductor(MOS) transistor has been tested as a gamma radiation dosimeter. The measurement error between the actual value and the measurement one can occur since the MOSFET(MOS field-effect transistor) dosimeter, which is now being used, has two gates with same width. The measurement value of dosimeter depends on the variation of threshold voltage, which can be affected by the environment such as temperature. In this paper, a radiation dosimeter having a pair of MOSFET is designed in the same silicon substrate, in which each of the MOSFETs is operable in a bias mode and a test mode. It can measure the radiation dose by the difference between the threshold voltages regardless of the variation of temperature.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제31권2호
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• pp.97-104
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• 2006

최근 방사선 치료 및 진단 분야에서 선량 측정을 위하여 다양하게 사용되고 있는 MOSFET 선량계는 검출부위가 실리콘으로 이루어져 있으며 다른 검출기들과 마찬가지로 어느 정도의 에너지 의존도와 방향 의존도를 보인다. 따라서 MOSFET 선량제가 공기 중이 아닌 모의피폭체 내에서 선량 측정에 사용될 경우 낮은 에너지를 갖는 산란 광자 등 이차 광자들로 인하여 선량을 실제보다. 높게 평가하게 된다. 본 연구에서는 MOSFET 선량계의 에너지 의존도와 방향 의존도로 인하여 발생하는 오차를 보정하기 위한 선량보정인자를 몬테카를로 전산모사 기법을 이용하여 계산하였다. 먼저 사용되는 인형 모의 피폭체의 체적소 모의피폭체(Voxel Phanom)를 CT 영상을 이용하여 제작하였으며 제작된 체적소 모의 피폭체를 몬테카를로 전산코드로 구현한 후, 모의피폭체 내 각 선량계 지점에서 입사하는 광자의 에너지 및 방향별 에너지 스펙트럼을 계산하였다. 각각의 선량계 지점에서 0.662 MeV와 1.25 MeV의 광자빔을 고려하였으며 또한 MOSFET 선량계의 방향은 실리콘 베이스 방향과 에폭시 방향을 고려하였다. 주어진 선량제 지점에서의 선량보정인자는 계산된 에너지 의존도들의 중간간을 이용하여 결정하였으며 이렇게 결정된 각 선량계 지점에서 선량보정인자는 0.89-0.97 범위의 값들을 나타내었다. 본 연구결과에 따르면 MOSFET 선량계를 이용하여 인형 모의피폭체 내에 선량을 측정할 때 에너지 의존도와 방향 의존도를 고려하지 않을 경우 측정 위치에 따라 $3{\sim}11%$ 정도의 측정오차가 발생할 수 있다. 그러므로 인형 모의피폭체 내의 선량을 정확하게 측정하기 위해서는 선량보정인자를 각 선량계에 필히 적용해주어야 한다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제15권4호
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• pp.215-219
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• 2004

MOSFET 선량계는 기존의 선량계들에 비해 여러 가지 장점이 있기 때문에 최근에 방사선 치료뿐만 아니라 방사선 진단 등 기타 여러 분야에서 선량검증을 위해 시도되고 있다. 하지만 이렇게 사용되기 위해서는 중ㆍ저에너지 범위의 광자선에 대한 MOSFET 선량계의 방사선학적 특성파악이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 고감도 MOSFET 선량계의 여러가지 방사선학적 특성을 자세하게 연구할 수 있는 3차원 몬테칼로 전산모사 모델을 개발하였다. 고감도 MOSFET 선량계의 검출부위는 매우 얇아서 MCNP에서 기본적으로 제공하는 Tally를 사용하면 검출부위에 흡수된 에너지를 정확하게 결정할 수 없으므로 검출부위에 주어진 에너지를 전자들의 트랙들로부터 직접 계산하는 방법을 채택하였다. 개발된 모델은 에너지 의존도, 전자 기여도, 깊이 의존도 등의 MOSFET 선량계의 방사선학적 특성을 연구하기 위해 사용되었다. 에너지 의존도는 15 keV에서 6 MeV 에너지 범위에서 정량화하였는데 약 40 keV에서 최대 6.6으로 나타났다. 본 연구에서는 PTRAC 파일과 Sabrina 코드를 이용하여 MOSFET 선량계 각 부분에서의 전자 기여도를 조사하였다. 깊이 의존도는 신체 내 평균 깊이를 15 cm로 가정할 때 0.662 MeV의 경우는 교정인자 1.16 그리고 1.25 MeV의 경우는 교정인자 1.11을 사용하여 깊이 의존도에 의한 오차를 줄일 수 있다.

• 전기전자학회논문지
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• 제15권2호
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• pp.143-148
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• 2011

MOS (Metal-Oxide Semconductor) devices among the most sensistive of all semiconductors to radiation, in particular ionizing radiation, showing much change even after a relatively low dose. The necessity of a radiation dosimeter robust enough for the working environment has increased in the fields of aerospace, radio-therapy, atomic power plant facilities, and other places where radiation exists. The power MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) has been tested for use as a gamma radiation dosimeter by measuring the variation of threshold voltage based on the quantity of dose, and a maximum total dose of 30 krad exposed to a $^{60}Co$ ${\gamma}$-radiation source, which is sensitive to environment parameters such as temperature. The gate oxide structures give the main influence on the changes in the electrical characteristics affected by irradiation. The variation of threshold voltage on the operating temperature has caused errors, and needs calibration. These effects can be overcome by adjusting gate oxide thickness and implanting impurity at the surface of well region in MOSFET.

• 센서학회지
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• 제15권2호
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• pp.102-105
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• 2006

In-vivo dosimetry is an essential tool of quality assurance programs in radiotherapy. The most commonly used techniques to verify dose are thermoluminescence dosimeter (TLD) and diode detectors. Metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) has been recently proposed for using in radiation therapy with many advantages. The reproducibility, linearity, isotropy, dose rate dependence of the MOSFET dosimeter were studied and its availability was verified. Consequently the results can be used to improve therapeutic planning procedure and minimize treatment errors in radiotherapy.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2003년도 학술회의 논문집 정보 및 제어부문 B
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• pp.789-792
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• 2003

pMOSFET having 10 ${\mu}um$ thickness Gd layer has been tested to be used as a slow neutron sensor. The total thermal neutron cross section for the Gd is 47,000 barns and the cross section value drops rapidly with increasing neutron energy. When slow neutrons are incident to the Gd layer, the conversion electrons are emitted by the neutron absorption process. The conversion electrons generate electron-hole pairs in the $SiO_2$ layer of the pMOSFET. The holes are easily trapped in Oxide and act as positive charge centers in the $SiO_2$ layer. Due to the induced positive charges, the threshold turn-on voltage of the pMOSFET is changed. We have found that the voltage change is proportional to the accumulated slow neutron dose, therefore the pMOSFET having a Gd nuclear reaction layer can be used for a slow neutron dosimeter. The Gd-pMOSFET were tested at HANARO neutron beam port and $^{60}CO$ irradiation facility to investigate slow neutron response and gamma response respectively. Also the pMOSFET without Gd layer were tested at same conditions to compare the characteristics to the Gd-pMOSFET. From the result, we have concluded that the Gd-pMOSFET is very sensitive to the slow neutron and can be used as a slow neutron dosimeter. It can also be used in a mixed radiation field by subtracting the voltage change value of a pMOSFET without Gd from the value of the Gd-pMOSFET.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2003년도 학술회의 논문집 정보 및 제어부문 B
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• pp.793-796
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• 2003

The electronics of a mobile robot ill nuclear facilities is required to satisfied the reliability to sustain survival in its radiation environment. To know how much radiation the robot has been encountered to replace sensitive electronic parts, a dosimeter to measure total accumulated dose is necessary. Among many radiation dosimeters or detectors, semiconductor radiation sensors have advantages in terms of power requirements and their sires over conventional detectors. This paper describes the use of the radiation-induced threshold voltage change of a commercial power pMOSFET as an accumulated radiation dose monitoring mean and that of the photo-current of a commercial PIN Diode as a dose-rate measurement mean. Commercial p-type power MOSFETs and PIN Diodes were tested in a Co-60 gamma irradiation facility to see their capabilities as radiation sensors. We found an inexpensive commercial power pMOSFET that shows good linearity in their threshold voltage shift with radiation dose and a PIN diode that shows good linearity in its photo-current change with dose-rate. According to these findings, a radiation hardened hybrid electronic radiation dosimeter for nuclear robots has been developed for the first time. This small hybrid dosimeter has also an advantage in the point of view of reliability improvement by using a diversity concept.

• 센서학회지
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• 제8권2호
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• pp.95-101
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• 1999

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.

• 센서학회지
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• 제9권3호
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• pp.213-223
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• 2000

원자력 관련시설이나 우주 공간, 방사선 치료 센터 등에서 발생되는 방사선량은 정확히 검출되어야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 상용 P채널 Power MOSFET(metal oxide field effect transistor)를 방사선 누적선량 모니터링 센서로 활용하기 위해 실시간 방사선량 검출 측정 시스템을 설계 제작하였고, 시스템의 성능을 분석하기 위하여 Co-60 $\gamma$선원을 갖춘 고준위 조사시설에서 조사한 후 출력특성의 변화를 분석하였다. 방사선 조사실험 결과 P채널 Power MOSFET은 조사된 누적 방사선량에 비례하여 문턱전압($V_T$)이 변화됨과 곡선 변화의 선형적 특성을 지님을 알 수 있었다. 이 선형 함수관계를 이용하여 저가의 상용 P채널 Power MOSFET를 사용한 방사선 총 누적선량을 모니터링하기 위한 센서로 사용할 수 있음을 확인하였다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제31권4호
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• pp.165-171
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• 2006

국내에서는 현재 물리적 인형 모의피폭체와 수십 개의 소형 MOSFET 선량계를 이용하여 유효선량(Effective Dose)을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 시스템을 개발 중에 있다. 이때 사용되는 MOSFET 선량계는 그 크기가 매우 작으며, 상대적으로 높은 민감도를 가지고 선량을 실시간으로 측정할 수 있다는 장점이 있는 반면, 검출부위가 조직등가 물질이 아닌 실리콘으로 이루어져 있어 저에너지 광자에 대하여 적절한 보정이 필요하다. 본 연구에서는 몬테칼로 전산모사 방법을 사용하여 증기발생기 수실 내부의 에너지 스펙트럼에 대한 MOSFET 선량계의 선량보정인자 값들을 계산하였으며, 이렇게 계산된 보정인자 값들을 선행 연구에서 구한 값, 즉 0.662 MeV와 1.25 MeV의 광자만을 이용하여 구한 선량보정인자 값들과 비교하여 보았다. 비교 결과, 두 서로 다른 조건에서의 선량보정인자들은 큰 차이를 보이지 않았으며$(\leq1.5%)$, 따라서 선행 연구에서 구한 선량보정인자들을 원자력발전소의 증기발생기 수실에 그대로 적용하여도 큰 문제가 없음을 알 수 있었다. 또한, 증기발생기 수실에 대하여 결정된 선량보정인자들을 실측된 MOSFET 선량계의 선량값들에 적용하여 선량보정에 따라 유효선량이 어느 정도 변화하는 가를 확인한 결과, 유효선량은 선량보정인자를 적용할 경우가 적용하지 않을 경우에 비해 약 7% 정도 낮게 평가됨을 알 수 있었다.