• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2010년도 한국우주과학회보 제19권1호
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• pp.37.5-38
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• 2010

경희대학교 우주탐사학과에서는 우주공간 탐사를 위해 Trio(TRiplet Ionospheric Observatory)-CINEMA(Cubesat for Ions, Neutrals, Electrons and MAgnetic fields)로 명명된 초소형 위성을 개발하고 있다. 과학임무는 지구 저궤도에서 고에너지 입자를 관측하는 것이며, 이를 위해 고에너지 (2~300keV) 입자 검출기와 자기장 측정기가 탑재된다. 저에너지 입자 검출기 시스템인 STEIN(SupraThermal Electrons, Ions, Neutrals)은 $1\times4$ Array의 개선된 실리콘 검출기와 이온, 전자, 중성입자를 분리할 수 있는 정전장 편향기, 그리고 신호를 처리하는 전자회로로 구성되어있다. 설계된 전자회로는 매우 작은 검출기 기판, 아날로그 기판과 디지털 기판으로 이루어져 있고, 475mW 이하의 저 전력으로 동작한다. 또한 2~100keV의 에너지를 1keV이하의 해상도로 30,000event/sec/pixel 까지 관측 할 수 있도록 회로를 설계하였다. 센서로 들어온 입자로 인해 발생한 펄스의 신호는 4개의 아날로그 회로가 담당하게 되는데, Folded cascode amplifier를 배치하여 증폭률을 높인 Charge sensitive amplifier를 통해 신호를 증폭하고, $2{\mu}s$ unipolar gaussian shaping amplifier를 통해 읽기 쉽게 처리된 신호를 상한파고선별기와 하한파고 선별기를 통해 유효 값 여부를 판단하고, 피크 검출기를 통해 피크의 타이밍을 측정한 뒤 신호를 아날로그-디지털 변환 회로를 통하여 8bit의 값으로 나타내어, 입자들의 Spectrum을 측정하게 된다. 크기와 소비전력이 적음에도 검출성능이 우수하기 때문에 이 시스템은 향후 우주탐사 시스템에 있어 매우 중요한 역할을 수행 할 것으로 생각한다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제39권2호
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• pp.81-88
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• 2014

최근, 인체 내 양성자 빔의 선량 분포를 검증하기 위해 새로운 개념의 영상기법인 감마 꼭지점 영상(gamma vertex imaging, GVI)이 제안되었다. GVI는 양성자 빔과 매질과의 핵반응으로 인해 발생하는 즉발감마선의 발생 위치를 결정하기 위해 입사한 감마선을 전자 변환기에서 전자로 변환한 후 전자의 궤적을 추적하는 방법을 사용한다. GVI 영상장치는 감마선을 전자로 변환하기 위한 전자 변환기, 전자 궤적을 추적하기 위한 2대의 양면 실리콘 스트립 검출기(double-sided silicon strip detector, DSSD)와 전자의 에너지 결정을 위한 섬광체 흡수부 검출기로 이루어진다. 본 연구에서는 GVI 영상 장치를 구성하는 DSSD 전용의 신호처리 장치를 구성하는 핵심 장치인 전하 민감형 전치증폭기(charge sensitive preamplifier, CSP) 모듈과 성형 증폭기 모듈을 개발하였으며, 상용 제품과 성능을 비교해 보았다. 감마선원의 에너지 스펙트럼 측정 결과, 자체제작 CSP 모듈이 상용 제품보다 에너지 분해능이 약간 낮은 것을 확인하였으며, 성형 증폭기의 경우 거의 동일한 성능을 보여주는 것을 확인할 수 있었다. 개발된 신호처리 장치의 노이즈의 크기를 나타내는 $V_{rms}$ 값은 6.48 keV으로 평가되었으며, 이는 145 ${\mu}m$의 DSSD에 전달되는 전자의 에너지( > ~51 keV)를 고려할 때 본 장치를 이용하여 전자의 궤적을 충분히 정확하게 결정할 수 있음을 확인할 수 있음을 보여준다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권1호
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• pp.83-91
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• 2014

This paper presents a capacitive readout circuit for tri-axes microaccelerometer with sub-fF offset calibration capability. A charge sensitive amplifier (CSA) with correlated double sampling (CDS) and digital to equivalent capacitance converter (DECC) is proposed. The DECC is implemented using 10-bit DAC, charge transfer switches, and a charge-storing capacitor. The DECC circuit can realize the equivalent capacitance of sub-fF range with a smaller area and higher accuracy than previous offset cancelling circuit using series-connected capacitor arrays. The readout circuit and MEMS sensing element are integrated in a single package. The supply voltage and the current consumption of analog blocks are 3.3 V and $230{\mu}A$, respectively. The sensitivities of tri-axes are measured to be 3.87 mg/LSB, 3.87 mg/LSB and 3.90 mg/LSB, respectively. The offset calibration which is controlled by 10-bit DECC has a resolution of 12.4 LSB per step with high linearity. The noise levels of tri-axes are $349{\mu}g$/${\sqrt}$Hz, $341{\mu}g$/${\sqrt}$Hz and $411{\mu}g$/${\sqrt}$Hz, respectively.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제43권6호
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• pp.567-572
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• 2011

A sensitivity analysis of the methods used to evaluate the transport properties of a CdZnTe detector was performed using two different radiations (${\alpha}$ particle and gamma-ray) emitted from an $^{241}Am$ source. The mobility-lifetime products of the electron-hole pair in a planar CZT detector ($5{\times}5{\times}2\;mm^3$) were determined by fitting the peak position as a function of biased voltage data to the Hecht equation. To verify the accuracy of these products derived from ${\alpha}$ particles and low-energy gamma-rays, an energy spectrum considering the transport property of the CZT detector was simulated through a combination of the deposited energy and the charge collection efficiency at a specific position. It was found that the shaping time of the amplifier module significantly affects the determination of the (${\mu}{\tau}$) products; the ${\alpha}$ particle method was stabilized with an increase in the shaping time and was less sensitive to this change compared to when the gamma-ray method was used. In the case of the simulated energy spectrum with transport properties evaluated by the ${\alpha}$ particle method, the peak position and tail were slightly different from the measured result, whereas the energy spectrum derived from the low-energy gamma-ray was in good agreement with the experimental results. From these results, it was confirmed that low-energy gamma-rays are more useful when seeking to obtain the transport properties of carriers than ${\alpha}$ particles because the methods that use gamma-rays are less influenced by the surface condition of the CZT detector. Furthermore, the analysis system employed in this study, which was configured by a combination of Monte Carlo simulation and the Hecht model, is expected to be highly applicable to the study of the characteristics of CZT detectors.

• 대한핵의학회지
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• 제33권1호
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• pp.100-109
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• 1999

목적: 핵의학장비를 구성하는 신호처리단의 전단증 폭기와 주증폭기는 방사선의 에너지 정보를 주는 펄스를 분석하는데 중요한 부분이다. 이러한 신호처리부분들은 대부분 크기가 표준화된 상용의 Nuclear Instrument Module (NIM)을 사용한파. 그러나, NIM은 이동형 감마프로브에 사용하기에는 너무 부피가 커서 부적합한 편이다. 이를 위해 본 연구는 이동형 감마프로브에 적합한 소형화된 전단증폭기와 주증폭기를 자체 제작하여 성능평가를 하였다. 대상 및 방법: 본 연구에서 제작된 전단증폭기는 전하민감형 전단증폭기였으며, 주증폭기는 capacitor resistor-resistor capcitor (CR-RC) 회로를 이용하여 제작되었다. 제작 후 성능평가를 위해 $2"{\times}2"$ NaI(T1) 섬광체가 부착된 EP-047 (Bicron Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Co., Ohio, U.S.A) 검출기와 $1"{\times}1"$ NaI(T1) 섬광체가 부착된 R1535 (Ha-mamatsu Photonics K.K., Electron Tube Center, Shizuoka-ken, Japan) 검출기를 다중채널분석기인 AccuSpec/A (Canberra Industries Inc., Meriden Conneticut, U.S.A)를 이용 에너지 스펙트럼을 얻었다. NIM은 TC 145 (Oxford Instruments Inc., Oak Ridge, U.S.A)와 TC241 (Oxford Instruments Inc., Oak Ridge, U.S.A)을 이용하였다. 에너지 스펙트럼은 37 kBq ($1{\mu}Ci$) Cs-137과 2.96 MBq ($80{\mu}Ci$) Tc-99m의 방사선원을 이용하여 250초씩 얻었다. 결과: 자체 제작한 진단증폭기와 주증폭기를 EP-047 검출기와 연결하여 얻은 Tc-99m (140 keV)과 Cs-137 (662 keV)의 에너지 분해능은 각각 12.92%, 5.01%이었으며, R1535 검출기를 연결하여 얻은 Tc-99m과 Cs-137의 에너지 분해능은 각각 13.75%, 5.19%이었다. 그리고 NIM을 EP-047 검출기와 연결하여 얻은 Tc-99m과 Cs-137의 에너지 분해능은 14.6%, 718%이었으나, R1535 검출기를 연결하여 얻은 Cs-137 에너지 스펙트럼은 광봉우리 위치가 변화되어 안정되지 못하였고, Tc-99m의 에너지 스펙트럼은 쉽게 얻을 수 없었다. 결론: 본 연구에서 자체 제작한 전단증폭기와 주증폭기는 광증배관의 종류에 관계없이 우수한 성능을 보여주었다. 결론적으로, 본 연구에서 제작한 전단증폭기와 주증폭기는 소형화된 계수용 감마프로브와 영상용 감마프로브에 활용하는데 유용할 것이라고 사료된다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제14권4호
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• pp.338-347
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• 2021

본 논문에서는 DB하이텍 0.18㎛ CMOS 공정을 이용하여 진성난수 생성기에 사용되는 베타선 센서 회로를 설계하였다. CSA 회로는 PMOS 피드백 저항과 NMOS 피드백 저항을 선택하는 기능, 50fF과 100fF의 피드백 커패시터를 선택하는 기능을 갖는 회로를 제안하였다. 그리고 펄스 셰이퍼(pulse shaper) 회로는 비반전 증폭기를 이용한 CR-RC2 펄스 셰이퍼 회로를 사용하였다. 본 논문에서 사용한 OPAMP 회로는 이중 전원(dual power) 대신 단일 전원(single power) 사용하고 있으므로 CR 회로의 저항과 RC 회로의 커패시터의 한쪽 노드는 GND 대신 VCOM에 연결한 회로를 제안하였다. 그리고 펄스 셰이퍼의 출력신호가 단조 증가가 아닌 경우 비교기 회로의 출력 신호가 다수의 연속된 펄스가 발생하더라도 단조 다중발진기(monostable multivibrator) 회로를 사용하여 신호 왜곡이 안되도록 하였다. 또한 CSA 입력단인 VIN과 베타선 센서 출력단을 실리콘 칩의 상단과 하단에 배치하므로 PCB trace 간의 커패시터 커플링 노이즈(capacitive coupling noise)를 줄이도록 하였다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제12권6호
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• pp.619-628
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• 2019

본 논문에서는 진성난수 생성기를 위한 베타선 센서를 설계하였다. PMOS 피드백 트랜지스터의 게이트를 DC 전압으로 바이어스하는 대신 PMOS 피드백 트랜지스터에 흐르는 전류가 PVT 변동에 둔감하도록 설계된 전류 바이어스 회로를 mirroring하게 흐르도록 하므로 CSA의 signal voltage의 변동을 최소화하였다. 그리고 BGR (Bandgap Reference) 회로를 이용하여 공급된 정전류를 이용하여 신호 전압을 VCOM 전압 레벨까지 충전하므로 충전 시간의 변동을 줄여 고속 감지가 가능하도록 하였다. 0.18㎛ CMOS 공정으로 설계된 베타선 센서는 corner별 모의실험 결과 CSA 회로의 최소 신호전압과 최대 신호전압은 각각 205mV와 303mV이고, pulse shaper를 거친 출력 신호를 비교기의 VTHR (Threshold Voltage) 전압과 비교해서 발생된 펄스의 최소와 최대 폭은 각각 0.592㎲와 1.247㎲로 100kHz의 고속 감지가 가능한 결과가 나왔으며, 최대 100Kpulse/sec로 계수할 수 있도록 설계하였다.