KR101766595B1 - 분할된 파장변환필터를 구비한 엑스선 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분할된 파장변환필터를 구비한 엑스선 검출기를 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 복수 개로 분할되어 형성된 픽셀전극; 상기 분할된 픽셀전극 상에 형성되고, 입사된 엑스선(X-ray)에 의해 전자-정공 쌍을 발생시키는 포토컨덕터층; 상기 포토컨덕터층 상에 형성된 공통전극; 및 상기 공통전극 상에 상기 분할된 픽셀전극과 대응되도록 복수 개로 분할되어 형성된 복수 개의 파장변환필터를 포함한다.
Description
본 발명은 분할된 파장변환필터를 구비한 엑스선 검출기에 관한 것이다.
최근 엑스선 검출기(X-ray detector)는 환자의 병을 진단하는 중요한 의료 장치로 각광받고 있다. 이로 인해, 의료 장치 산업 분야에서 엑스선 검출기의 위상은 날로 높아지고 있다. 이에 따라, 환자의 병을 정확하고, 신속하게 진단하기 위하여, 고 신뢰성을 갖는 엑스선 검출기에 대한 기술들이 개발되고 있다.
엑스선 검출기는 엑스선으로 촬영한 엑스선 화상 또는 엑스선 투시 화상을 디지털 신호로 출력한다. 이러한 엑스선 검출기는 직접방식(직접변환방식) 및 간접방식(간접변환방식)으로 나뉜다.
직접방식은 포토컨덕터(photoconductor, 광전도체)에서 엑스선을 직접 전하로 변환하며, 간접방식은 신틸레이터(scintillator, 섬광체)에서 엑스선을 가시광선으로 변환 후, 변환된 가시광선을 포토다이오드와 같은 광전변환소자를 통해 전하로 변환하는 방식이다.
간접방식은 엑스선을 신틸레이터와 상호반응을 통해 가시광선으로 변환하는 방법으로서, 광의 산란을 야기하여 해상도가 저하되는 단점이 있다. 반면, 직접방식은 직접변환된 전지적 신호를 검출함으로써 영상 분해능이 우수하고, 변환효율 및 수집효율이 우수하여 환자에 대한 방사선(엑스선) 피폭을 감소시킬 수 있으며, 대면적 소자 제조가 용이하다는 장점이 있다.
직접방식의 엑스선 검출기는 엑스선 조사에 의해 전자-정공 쌍을 생성하는 포토컨덕터층과, 포토컨덕터층의 하부에 형성되어 포토컨덕터로부터 전하를 전달받는 복수의 픽셀전극을 포함한다.
이러한 직접방식의 엑스선 검출기에 이용되는 포토컨덕터 물질은 높은 엑스선 흡수도, 낮은 누설전류, 우수한 전하 수집율 및 빠른 신호응답특성을 가져야 한다. 이러한 특성들은 원자번호, 밴드갭 에너지(bandgap energy), 효율적인 전자-정공 생성에너지(W), 전하 이동도 및 수명과 같은 물질의 물리적인 특성에 의존한다.
즉, 포토컨덕터의 밴드갭 에너지는 열적 누설 전류를 감소시키기 위해 클수록 유리하며, 전자-정공 쌍을 생성시키는데 필요한 엑스선 에너지는 낮을수록 민감도(sensitivity)를 높일 수가 있다. 또한, 전하의 이동도 및 수명이 좋아야 포토컨덕터 내에서의 생성 전하의 수집효율 및 시간응답특성 등이 우수한 특성을 보인다.
현재까지 직접방식의 엑스선 검출기에 상용화된 포토컨덕터 물질은 비정질 셀레늄(a-Se) 및 CdTe가 있다. 이 중 대표적인 물질은 a-Se로서, 증착 공정을 쉽고 빠르게 할 수 있고 암전류가 작으며 비저항이 크다는 장점이 있다. 하지만 전자-정공 생성에너지(W)값이 높고, 동작 전압이 높아 소자의 파괴 및 수명감소, 낮은 민감도, 전하 트랩(charge trap) 현상이 생기는 단점이 있다.
이외에 HgI2, PbI2, CdZnTe 등의 지금까지 보고된 포토컨덕터 물질들은 대면적 제조가 어렵고, 소자의 전기적 동작특성 및 신뢰성의 한계를 가진다.
이러한 이유로 인해 직접방식의 엑스선 검출기는 엑스선 흡수를 높이기 위한 두꺼운 막의 포토컨덕터층이 요구되고 있다. 그러나, 후막(厚膜, thick film) 제조시 크랙(crack) 및 균일도 문제로 인해 엑스선 검출기의 성능저하 및 오랜 공정시간으로 인한 공정 단가 상승 등이 야기되고 있다.
또한, 대량생산까지 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있으며 재현성 있게 제조할 수 있는 기술이 부족한 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 저가이면서 재현성이 높은 후막의 포토컨덕터층을 제조하는 것이 매우 중요하다.
한편, 현재 사용하고 있는 엑스선 검출기의 경우 포토컨덕터층에서 생성되는 전류가 낮기 때문에, 어레이 기판에서 영상 분해능을 높이고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다.
하지만 0과 1으로만 표현할 수 있다는 한계가 있어, 뼈와 뼈가 아닌 부분으로만 영상을 취득할 수 있다. 예를 들어, 뼈의 경우는 높은 에너지(100~120 kVp)를 조사해야 검출이 되고, 종양의 경우는 ~50kVp 이하 정도의 낮은 에너지에서 검출이 가능하다.
이에 반해, 현재 엑스선 검출기의 포토컨덕터층에 주로 사용되고 있는 a-Se의 경우, 저선량의 엑스선에 분해능이 초점이 맞추어져 있어 고선량의 엑스선을 검출하는 데에 한계가 있다.
따라서 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있어, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있는 엑스선 검출기의 개발이 필요하다.
본 발명의 실시예는 분할된 픽셀전극 및 분할된 파장변환필터를 구비한 엑스선 검출기를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 분할된 픽셀전극 및 분할된 포토컨덕터층을 구비한 엑스선 검출기를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있어, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있는 엑스선 검출기 및 이를 포함하는 엑스선 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기는 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 복수 개로 분할되어 형성된 픽셀전극; 상기 분할된 픽셀전극 상에 형성되고, 입사된 엑스선(X-ray)에 의해 전자-정공 쌍을 발생시키는 포토컨덕터층; 상기 포토컨덕터층 상에 형성된 공통전극; 및 상기 공통전극 상에 상기 분할된 픽셀전극과 대응되도록 복수 개로 분할되어 형성된 복수 개의 파장변환필터를 포함한다.
상기 분할된 픽셀전극 및 상기 분할된 파장변환필터는 2분할 내지 4분할되어 있을 수 있다.
상기 분할된 파장변환필터는 엑스선 흡수량이 서로 다를 수 있다.
상기 분할된 파장변환필터는 두께가 서로 다를 수 있다.
상기 파장변환필터는 알루미늄(Al), 구리 (Cu) 또는 텅스텐(W)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기에 있어서, 상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
AMX3
(상기 화학식 1에서, A는 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
A3M2X9
(상기 화학식 2에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
A3MX6
(상기 화학식 3에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
AM2X7
(상기 화학식 4에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 5]
A2A'n - 1MnX3n +1
(상기 화학식 5에서, A는 1가의 양이온이고, A'는 1가의 양이온이며, M은 1가, 2가, 3가 또는 4가의 금속 양이온이고, X는 1가 음이온이며, n은 적어도 1이상임.)
상기 포토컨덕터층은 나노결정입자로 이루어진 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 포토컨덕터층은 CdTe, PbI2, a-Se, PbO, HgI2 및 BiI3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 포토컨덕터층은 유기 바인더를 더 포함할 수 있다.
상기 포토컨덕더층은 무기 바인더를 더 포함할 수 있다.
상기 포토컨덕터층의 두께는 1 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 범위일 수 있다.
상기 픽셀전극은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO), 알루미늄아연산화물(AZO), 불소산화주석(FTO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 공통전극은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO), 알루미늄아연산화물(AZO), 불소산화주석(FTO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 전자 전달층을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 전달층은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 정공 전달층을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 전달층은 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판은 상보형금속산화반도체(CMOS), 전하결합소자(CCD) 또는 박막트랜지스터(TFT)를 포함하는 어레이 기판일 수 있다.
상기 기판은 유리(glass), 석영(quartz), 실리콘(silicon) 및 플라스틱(plastic)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기는 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 복수 개로 분할되어 형성된 픽셀전극; 상기 분할된 픽셀전극 상에 상기 분할된 픽셀전극과 대응되도록 복수 개로 분할되어 형성되고, 입사된 엑스선(X-ray)에 의해 전자-정공 쌍을 발생시키는 포토컨덕터층; 및 상기 분할된 포토컨덕터층 상에 형성된 공통전극을 포함한다.
상기 분할된 픽셀전극 및 상기 분할된 포토컨덕터층은 2분할 내지 4분할되어 있을 수 있다.
상기 분할된 포토컨덕터층은 엑스선 흡수량이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
상기 분할된 포토컨덕터층은 하기 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물, CdTe, PbI2, a-Se, PbO, HgI2 및 BiI3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 서로 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
AMX3
(상기 화학식 1에서, A는 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 2]
A3M2X9
(상기 화학식 2에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 3]
A3MX6
(상기 화학식 3에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 4]
AM2X7
(상기 화학식 4에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 5]
A2A'n - 1MnX3n +1
(상기 화학식 5에서, A는 1가의 양이온이고, A'는 1가의 양이온이며, M은 1가, 2가, 3가 또는 4가의 금속 양이온이고, X는 1가 음이온이며, n은 적어도 1이상임.)
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 전자 전달층을 더 포함할 수 있다.
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 정공 전달층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생기는 상기 엑스선을 검출하는 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따른 엑스선 검출기; 상기 엑스선 검출기를 구동시키는 구동부; 및 엑스선 검출 전압을 처리하는 데이터 처리부를 포함한다.
상기 엑스선 시스템은 엑스선 회절 분석 장치(XRD)일 수 있다.
상기 엑스선 시스템은 비파괴 검사 장치일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엑스선 검출기는 분할된 픽셀전극 및 분할된 파장변환필터를 구비하여 분할된 파장변환필터에 의해 분해능이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 엑스선 검출기는 분할된 파장변환필터에서 각각 다른 선량의 엑스선을 흡수할 수 있고, 분할된 픽셀전극에서 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있어, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 엑스선 검출기는 분할된 픽셀전극 및 분할된 포토컨덕터층을 구비하여 분할된 포토컨덕터층에 의해 신호/잡음의 비율이 높아져 감도가 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 엑스선 검출기는 분할된 포토컨덕터층에서 각각 다른 선량의 엑스선을 흡수할 수 있고, 분할된 픽셀전극에서 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있어, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 엑스선 시스템은 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있는 엑스선 검출기를 포함하여, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기에 있어서, 서로 다른 두께를 갖는 분할된 파장변환필터를 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 13은 전자 전달층 및/또는 정공 전달층을 더 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 18 내지 도 20은 전자 전달층 및/또는 정공 전달층을 더 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 시스템을 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치를 도시한 것이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 비파괴 검사 장치의 응용 분야를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기에 있어서, 서로 다른 두께를 갖는 분할된 파장변환필터를 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 13은 전자 전달층 및/또는 정공 전달층을 더 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 18 내지 도 20은 전자 전달층 및/또는 정공 전달층을 더 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 시스템을 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치를 도시한 것이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 비파괴 검사 장치의 응용 분야를 도시한 것이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 포토컨덕터층(130), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
엑스선 검출기(100)는 쇼트키형(Schottky type)일 수 있다.
기판(110)은 상보형금속산화반도체(CMOS, complementary metal-oxide semiconductor), 전하결합소자(CCD, charge coupled device) 또는 박막트랜지스터(TFT, thin film transistor)를 포함하는 어레이(array) 기판일 수 있다.
엑스선 검출기(100)는 의료용뿐만 아니라, 산업용으로도 널리 사용되는데, 의료용의 경우 외부환경에 크게 영향을 받지 않으나, 산업용의 경우 외부환경에 크게 영향을 받을 수 있다.
CMOS 어레이 기판은 잔상이 없는 고속영상이 획득 가능하고 전력소모가 낮으며, 생산성 및 경제성이 높고 고집적, 고해상도 센서 설계가 가능하여 치과용, 맘모용(유방암)으로 주로 사용된다. 또한, CMOS 어레이 기판은 고해상도의 고속처리가 가능하기 때문에 차후에는 싱글포톤카운팅(single photon counting) 검출기로도 이용될 수 있다. 하지만, CMOS 기판의 경우 실리콘(Si) 기반으로 제조하기 때문에 대면적으로 제조하는 데에는 어려움이 있다.
CCD 어레이 기판은 다른 어레이 기판을 이용한 검출기에 비해 수명이 길고, 온도변화에도 우수한 장점이 있으며, 비파괴 검사 분야 및 미세 영상구조를 영상화하는데 유리하다. 또한, TFT 어레이 기판은 대면적 제조가 용이하여 흉부 및 산업용 검출기로 널리 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)를 설명함에 있어서, 기판(110)으로서 어레이 기판을 예시적으로 기재하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(110)은 어레이 기판일 수 있고, 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT)(미도시) 및 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다.
박막트랜지스터(TFT)(미도시)는 포토컨덕터층(130)에서 생성된 전기적 신호를 순차적으로 외부 회로로 출력시키기 위한 스위칭 소자의 역할을 할 수 있다.
또한, 커패시터(미도시)는 포토컨덕터층(130)에서 변환된 전기적 신호를 축적하기 위해 기판(110)에 제공될 수 있고, 커패시터(미도시)는 각각의 박막트랜지스터(TFT) 아래에 설치될 수 있다.
기판(110)은 절연성 물질로 형성될 수 있다. 기판(110)은 예를 들어, 유리(glass), 석영(quartz), 실리콘(silicon) 또는 플라스틱(plastic)으로 형성될 수 있다.
일례로, 플라스틱 기판은 플렉서블(flexible) 또는 벤더블(bendable) 엑스선 검출기에 사용될 수 있다. 또한, 실리콘 기판은 두께를 100 ㎛ 이하로 가공할 경우 벤더블(bendable) 엑스선 검출기에 사용될 수 있다.
픽셀전극(120)은 기판(110) 상에 형성된다.
예를 들어, 픽셀전극(120)은 박막트랜지스터(미도시) 및 커패시터(미도시)가 형성된 기판(110)을 컨포멀(conformal)하게 덮도록 형성된 층간 절연층(미도시) 상에 형성될 수 있다.
픽셀전극(120)은 기판(110) 상에 복수 개로 분할되어 형성된다.
구체적으로, 픽셀전극(120)은 도 1에 도시된 바와 같이, 점선으로 표시된 부분으로서, 상기 점선으로 표시된 부분은 하나의 픽셀전극(120) 유닛(unit)일 수 있다.
이러한 하나의 픽셀전극(120) 유닛은 복수 개로 분할되어 형성되고, 예를 들어, 2분할, 3분할 또는 4분할되어 형성될 수 있다.
구체적으로, 하나의 픽셀전극(120) 유닛은 엑스선 흡수량에 따른 엑스선 검출량이 서로 다르도록 분할되어 형성됨으로써, 각각 다른 선량으로 흡수된 엑스선을 동시에 검출할 수 있다.
픽셀전극(120)은 기판(110)상에 복수 개로 형성될 수 있다. 구체적으로, 하나의 유닛인 픽셀전극(120)이 기판(110) 상에 복수 개의 유닛으로 형성되어, 엑스선(X-ray) 영상을 구성하는 픽셀 어레이를 형성할 수 있다.
픽셀전극(120)은 전기적 특성이 우수한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
픽셀전극(120)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐아연산화물(IZO, Indium Zinc Oxide), 알루미늄아연산화물(AZO, Aluminum Zinc Oxide), 불소산화주석(FTO, Fluorine Tin Oxide), 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜: 폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
포토컨덕터층(130)은 픽셀전극(120) 상에 형성된다.
포토컨덕터층(130)은 공통전극(140)을 통과하여 포토컨덕터층(130)에 입사된 엑스선(X-ray)에 의해 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 발생시킨다. 전자-정공 쌍의 양은 포토컨덕터층(130)에 흡수되는 엑스선의 에너지 양에 따라 달라지게 된다.
포토컨덕터층(130)은 공통전극(140)을 통과해 입사된 엑스선(X-ray)을 흡수하여 전기적인 신호로 변환할 수 있는 물질(엑스선 흡수 물질)로서, 페로브스카이트 화합물, CdTe, PbI2, a-Se, PbO, HgI2 및 BiI3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 구조(perovskite structure)를 갖는 화합물일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(130)은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
AMX3
상기 화학식 1에서, A는 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
상기 A는 1가의 유기 양이온, 1가의 무기 양이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
구체적으로, 페로브스카이트 화합물은 상기 화학식 1 중 A의 종류에 따라, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물(organic/inorganic hybrid perovskite compound) 또는 무기금속할라이드 페로브스카이트 화합물(inorganic metal halide perovskite compound)일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1에서 A가 1가의 유기 양이온일 경우, 페로브스카이트 화합물은 유기물인 A와, 무기물인 M 및 X로 구성되어 유기물과 무기물이 복합 구성된 유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 반면, 상기 화학식 1에서 A가 1가의 무기 양이온일 경우, 페로브스카이트 화합물은 무기물인 A, M 및 X로 구성되어 전부 무기물로 구성된 무기금속할라이드 페로브스카이트 화합물일 수 있다.
유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물의 경우, 유기물의 장점과 무기물의 장점을 모두 가져 후막(thick film)으로의 제조가 용이하고 재현성이 높으며 엑스선에 대한 내구성(durability) 및 안정성(stability)을 향상시킬 수 있다.
한편, 무기금속할라이드의 페로브스카이트 화합물의 경우에도, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 화합물과 같이 후막으로의 제조가 용이하고 재현성이 높다. 또한, 무기금속할라이드의 페로브스카이트 화합물의 경우, 유기물을 사용하지 않기 때문에 유무기 하이브리드 페로브스카이트에 비해 내구성 및 안정성이 더 높다는 장점이 있다.
상기 1가의 유기 양이온은 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기(-NH3), 수산화기(-OH), 시아노기(-CN), 할로겐기, 니트로기(-NO), 메톡시기(-OCH3) 또는 이미다졸리움기가 치환된 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 1가의 무기 양이온은 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I) +, Ag(I)+, Au(I)+ 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 M은 Pb2 +, Sn2 +, Ge2 +, Cu2 +, Co2 +, Ni2 +, Ti2 +, Zr2 +, Hf2 +, Rf2 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, BF4 - 또는 이들의 조합일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(130)은 하기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
A3M2X9
상기 화학식 2에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
상기 A는 1가의 유기 양이온, 1가의 무기 양이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 M은 In3 +, Bi3 +, Co3 +, Sb3 +, Ni3 +, Al3 +, Ga3 +, Tl3 +, Sc3 +, Y3+, La3 +, Ce3 +, Fe3+, Ru3 +, Cr3 +, V3+, Ti3 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, BF4 - 또는 이들의 조합일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(130)은 하기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
A3MX6
상기 화학식 3에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
상기 A는 1가의 유기 양이온, 1가의 무기 양이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 M은 In3 +, Bi3 +, Co3 +, Sb3 +, Ni3 +, Al3 +, Ga3 +, Tl3 +, Sc3 +, Y3+, La3 +, Ce3 +, Fe3+, Ru3 +, Cr3 +, V3+, Ti3 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, BF4 - 또는 이들의 조합일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(130)은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
AM2X7
상기 화학식 4에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
상기 A는 1가의 유기 양이온, 1가의 무기 양이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 M은 In3 +, Bi3 +, Co3 +, Sb3 +, Ni3 +, Al3 +, Ga3 +, Tl3 +, Sc3 +, Y3+, La3 +, Ce3 +, Fe3+, Ru3 +, Cr3 +, V3+, Ti3 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, BF4 - 또는 이들의 조합일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(130)은 하기 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 5]
A2A'n - 1MnX3n +1
상기 화학식 5에서, A는 1가의 양이온이고, A'는 1가의 양이온이며, M은 1가, 2가, 3가 또는 4가의 금속 양이온이고, X는 1가 음이온이며, n은 적어도 1이상이다.
상기 A는 1가의 유기 양이온, 1가의 무기 양이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 M은 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Pb2 +, Sn2 +, Ge2 +, Cu2 +, Co2 +, Ni2 +, Ti2 +, Zr2+, Hf2 +, Rf2 +, In3 +, Bi3 +, Co3 +, Sb3 +, Ni3 +, Al3 +, Ga3 +, Tl3 +, Sc3 +, Y3+, La3 +, Ce3 +, Fe3+, Ru3 +, Cr3 +, V3+, Ti3 +, Si4 +, C4+, Ge4 +, Hf4 +, Zr4 +, Ti4 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, BF4 - 또는 이들의 조합일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 복수 개의 나노결정입자(nanocrystal particle)(이하, '페로브스카이트 나노결정입자'라고 함) 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(130)은 나노결정입자로 이루어진 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
페로브스카이트 화합물의 입자 크기, 즉, 페로브스카이트 나노결정입자의 크기는 1 ㎚ 내지 900 ㎚ 범위일 수 있고, 바람직하게는 1 ㎚ 내지 500 ㎚ 범위일 수 있다.
페로브스카이트 나노결정입자의 크기가 1 ㎚ 미만일 경우, 입자 크기에 의해 밴드갭(band gap)이 변하게 되고, 입자 크기의 분포를 조절하기 어려우며, 미세한 조절을 요구하기 때문에 대량생산에 불리하다는 문제가 있다.
페로브스카이트 나노결정입자의 크기가 900 ㎚를 초과할 경우, 상온에서의 열적 이온화 및 전하 운반체의 비편재화에 의해서 효율이 감소되는 문제가 있다. 또한 코팅의 어려움으로 인하여 제조가 어려우며, 플렉서블 엑스선 검출기에 적용이 불가능하다는 문제가 있다.
페로브스카이트 나노결정입자는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
코어-쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정입자는 제1 페로브스카이트 나노결정입자 코어 및 제1 페로브스카이트 나노결정입자 코어를 감싸며 제2 페로브스카이트 나노결정입자를 포함하는 쉘을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 페로브스카이트 나노결정입자 및 제2 페로브스카이트 나노결정입자는 서로 상이한 물질이 사용될 수 있다.
페로브스카이트 나노결정입자는 페로브스카이트 나노결정입자 표면 상에 페로브스카이트 나노결정입자의 표면을 둘러싸도록 형성된 유기 리간드를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 리간드는 알킬 할라이드(alkyl halide)를 포함할 수 있고, 상기 알킬 할라이드는 알킬(alkyl)-G의 구조일 수 있다. 여기서, G에 해당하는 할로겐(Halogen) 원소는 F, Cl, Br 또는 I를 포함할 수 있다.
또한, 알킬(alkyl) 구조는 CnH2n +1의 구조를 가지는 비고리형 알킬(acyclic alkyl), CnH2n + 1OH와 같은 구조를 가지는 일차 알코올(primary alcohol), 이차 알코올(secondary alcohol), 삼차 알코올(tertiary alcohol), alkyl-N의 구조를 가지는 알킬아민(alkylamine)(ex. hexadecyl amine, 9-octadecenylamine, 1-amino-9-octadecene(C19H37N)), p-치환된 아닐린(p-substituted aniline), 페닐 암모늄(phenyl ammonium) 또는 플루오린 암모늄(fluorine ammonium)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
포토컨덕터층(130)은 유기 바인더를 더 포함할 수 있다. 유기 바인더는 페로브스카이트 화합물과 함께 포토컨덕터층(130)에 포함되어, 포토컨덕터층(130)의 가요성(flexibility)을 향상시킬 수 있다.
미래의 소자는 유연(flexible)한 소자가 요구 되어 지고 있다. 그러나 종래에 사용되는 엑스선 검출기는 쉽게 구부릴 수 없으며, 구부리는 순간 엑스선 검출기의 손상으로 인해 작동을 하지 않는 문제점이 있다. 특히, 치과에서 사용하고 있는 검출기의 경우 사람의 구강 구조에 따라 플렉서블 엑스선 검출기가 필요하다.
플렉서블 엑스선 검출기는 환자의 고통을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 각도(딱딱한 검출기의 경우 구강에서 촬영하지 못하는 부분도 발생)에서의 촬영이 가능함으로써 고성능의 이미지를 구현 할 수 있다.
본 발명의 엑스선 검출기는 포토컨덕터층(130)에 가용성을 향상시킬 수 있는 유기 바인더를 포함함으로써, 플렉서블 엑스선 검출기 제조가 용이하다.
유기 바인더는 예를 들어, 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 클로라이드 수지, 아크릴 수지, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리비닐 포르말 수지, 폴리아미드 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐 아세테이트 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지 또는 이들의 조합일 수 있다.
포토컨덕터층(130)에는 엑스선 흡수 물질(예를 들어, 페로브스카이트 화합물) 및 유기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함될 수 있다.
포토컨덕터층(130)은 엑스선을 흡수하여 전자와 정공을 생성시키는 역할을 하는데, 유기 바인더가 포토컨덕터층(130)에 전술한 중량비 초과로 너무 많이 포함될 경우, 포토컨덕터층에서 발생하는 전자와 정공의 양이 적어져, 분해능 및 해상도가 떨어지게 되고, 이로 인해 엑스선 검출기의 성능을 저하시킬 수 있다.
포토컨덕터층(130)은 무기 바인더를 더 포함할 수 있다.
포토컨덕터층(130)의 물질은 기판과의 접착력이 중요한데, 포토컨덕터층(130)이 무기 바인더를 더 포함할 경우, 포토컨덕터층(130)과 기판(110)과의 접착력을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 무기 바인더는 페로브스카이트 화합물과 함께 포토컨덕터층(130)에 포함되어, 포토컨덕터층(130)의 점착성(adhesion)을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 포토컨덕터층(130)은 페로브스카이트 화합물과 함께 무기 바인더를 포함함으로써, 페로브스카이트 화합물과 무기 바인더와의 접착력이 향상되어, 기판(110)과 포토컨덕터층(130) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
무기 바인더는 TiO2 나노입자, SiO2 나노입자, Al2O3 나노입자, VO2 나노입자, 층상구조 화합물, 금속알콕사이드 및 금속할라이드 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
포토컨덕터층(130)에는 엑스선 흡수 물질(예를 들어, 페로브스카이트 화합물) 및 무기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함될 수 있다.
무기 바인더가 포토컨덕터층(130)에 전술한 중량비 초과로 너무 많이 포함될 경우, 포토컨덕터층에서 발생하는 전자와 정공의 양이 적어져, 분해능 및 해상도가 떨어지게 되고, 이로 인해 엑스선 검출기의 성능을 저하시킬 수 있다.
무기 바인더의 입자 크기는 1 ㎚ 내지 100 ㎚ 범위일 수 있다. 무기 바인더의 입자 크기가 1 ㎚ 미만일 경우, 균일한 입자를 제어하는데 문제가 있고, 100 ㎚를 초과할 경우, 엑스선의 산란을 크게 만들어 고해상도의 이미지를 구현하는데 어려움이 있다.
포토컨덕터층(130)은 엑스선 흡수 물질을 용매에 용해시킨 엑스선 흡수 물질 함유 용액을 이용한 용액코팅 방법 또는 증착 방법을 통해 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
포토컨덕터층(130)을 용액코팅 방법을 이용하여 형성할 경우, 제조공정이 단순해지고 제조비용을 절감할 수 있다.
용액코팅 방법은 예를 들어, 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 울트라스프레이코팅(ultra-spray coating), 전기방사코팅, 슬롯다이코팅(slot die coating), 그라비아코팅(gravure coating), 바코팅(bar coating), 롤코팅(roll coating), 딥코팅(dip coating), 쉬어코팅(shear coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 또는 노즐 프린팅(nozzle printing) 등이 있다.
증착 방법은 예를 들어, 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링(sputtering), 원자층증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 열증착(thermal evaporation), 동시증발법(co-evaporation) 또는 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 등이 있다.
포토컨덕터층(130)은 높은 에너지인 엑스선을 흡수하기 위해, 후막(thick film)으로 제조되어야 한다.
포토컨덕터층(130)이 충분히 두꺼운 후막으로 형성될 경우, 엑스선 흡수에 의해 전자와 정공 생성되더라도 외부의 인가 전압 없이는 픽셀전극(120)으로 형성하여 전자 또는 정공이 이동할 수 없고, 높은 인가 전압에 의해 전계가 형성되어 전자 또는 정공을 픽셀전극(120) 쪽으로 수집할 수 있다.
포토컨덕터층(130)은 1 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 범위의 두께로 비교적 두껍게 형성될 수 있다.
포토컨덕터층(130)의 두께가 1,000 ㎛를 초과할 경우, 포토컨덕터층(130)이 기판(110)으로부터 박리되거나 접착력이 떨어지는 단점이 있고, 포토컨덕터층(130)의 두께가 1 ㎛ 미만일 경우, 엑스선의 흡수량이 적어 신호가 노이즈 수준으로 약한 단점이 있다.
공통전극(140)은 포토컨덕터층(130) 상에 형성된다.
공통전극(140)은 픽셀전극(120)을 모두 가리도록 형성된 단일 전극 구조로 형성될 수 있다.
공통전극(140)은 전기적 특성이 우수한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
공통전극(140)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 알루미늄아연산화물(AZO), 불소산화주석(FTO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜: 폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측에 따라, 공통전극(140)은 픽셀전극(120)과 서로 동일하거나 상이한 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
파장변환필터(150)는 공통전극(140) 상에 형성된다.
구체적으로, 파장변환필터(150)는 전술한 분할된 픽셀전극(120)과 대응되도록 복수 개로 분할되어 형성된다. 즉, 파장변환필터(150)는 분할된 픽셀전극(120)과 동일한 사이즈(가로x세로)로 분할되어 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 파장변환필터(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 점선으로 표시된 부분으로서, 상기 점선으로 표시된 부분은 하나의 파장변환필터(150) 유닛(unit)일 수 있다.
이러한 하나의 파장변환필터(150) 유닛은 복수 개로 분할되어 형성되고, 예를 들어, 2분할, 3분할 또는 4분할되어 형성될 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 다양한 개수로 분할된 파장변환필터(150)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 2는 2분할된 파장변환필터(150)를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 파장변환필터(150)는 2분할되어, 제1 파장변환필터(150a) 및 제2 파장변환필터(150b)를 포함할 수 있다.
제1 파장변환필터(150a) 및 제2 파장변환필터(150b)로 2분할된 파장변환필터(150)에 있어서, 제1 파장변환필터(150a) 및 제2 파장변환필터(150b)는 외부로부터 입사된 엑스선에 따른 엑스선 흡수량이 서로 다르다.
구체적으로, 하나의 파장변환필터(150) 유닛은 엑스선 흡수량이 서로 다르도록 2분할되어 형성된 제1 파장변환필터(150a) 및 제2 파장변환필터(150b)로 구성됨으로써, 외부로부터 입사된 동일한 엑스선을 각각 다른 선량으로 흡수할 수 있다. 이에 따라, 각각 다른 선량의 엑스선을 동시에 흡수함으로써, 엑스선 흡수량에 따른 뼈 및 여러 장기를 동시에 검출할 수 있다.
도 3은 3분할된 파장변환필터(150)를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 파장변환필터(150)는 3분할되어, 제1 파장변환필터(150a), 제2 파장변환필터(150b) 및 제3 파장변환필터(150c)를 포함할 수 있고, 제1 파장변환필터(150a), 제2 파장변환필터(150b) 및 제3 파장변환필터(150c)는 외부로부터 입사된 엑스선에 따른 엑스선 흡수량이 각각 다르다.
도 4는 4분할된 파장변환필터(150)를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 파장변환필터(150)는 4분할되어, 제1 파장변환필터(150a), 제2 파장변환필터(150b), 제3 파장변환필터(150c) 및 제4 파장변환필터(150d)를 포함할 수 있고, 제1 파장변환필터(150a), 제2 파장변환필터(150b), 제3 파장변환필터(150c) 및 제4 파장변환필터(150d)는 외부로부터 입사된 엑스선에 따른 엑스선 흡수량이 각각 다르다.
파장변환필터(150)는 두께의 조건 또는 물질의 종류를 조절함으로써, 각각으로 분할된 파장변환필터(150a~150d)가 서로 다른 엑스선 흡수량을 갖도록 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기에 있어서, 서로 다른 두께를 갖는 분할된 파장변환필터를 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 파장변환필터(150)는 서로 다른 두께를 갖도록 분할되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 파장변환필터(140)는 제1 파장변환필터(150a) 및 제1 파장변환필터(150a)보다 작은 두께를 갖도록 형성된 제2 파장변환필터(150a)를 포함할 수 있다.
제1 파장변환필터(150a) 및 제1 파장변환필터(150a)보다 작은 두께를 갖는 제2 파장변환필터(150a)는, 동일한 물질로 이루어지더라도 서로 다른 두께 조건을 가질 경우, 외부로부터 입사된 엑스선에 의한 엑스선 흡수량이 다를 수 있다.
일례로, 제1 파장변환필터(150a)는 1 ㎜ 두께의 알루미늄으로 이루어지고, 제2 파장변환필터(150b)는 2 ㎜ 두께의 알루미늄으로 이루어질 경우, 제1 파장변환필터(150a)는 0~10 kV까지의 저선량을 차단할 수 있어, 상기 범위의 저선량을 차단한 만큼의 엑스선을 흡수할 수 있고, 제2 파장변환필터(150b)는 0~20 kV까지의 저선량을 차단할 수 있어, 상기 범위의 저선량을 차단한 만큼의 엑스선을 흡수할 수 있으므로, 서로 다른 선량의 엑스선을 흡수할 수 있다.
파장변환필터(150)는 알루미늄(Al), 구리 (Cu) 또는 텅스텐(W) 등의 금속 물질로 이루어질 수 있고, 이들의 조합으로도 이루어질 수 있다.
일례로, 제1 파장변환필터(150a)는 알루미늄(Al)으로 형성되고, 제2 파장변환필터(150b)는 텅스텐(W)으로 형성되어, 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
일례로, 제1 파장변환필터(150a)는 알루미늄(Al)으로 형성되고, 제2 파장변환필터(150b)는 제1 파장변환필터(150a)와 다른 두께의 알루미늄(Al)으로 형성되며, 제3 파장변환필터(150c)는 텅스텐(W)으로 형성될 수도 있다.
일례로, 제1 파장변환필터(150a)는 알루미늄(Al)으로 형성되고, 제2 파장변환필터(150b)는 제1 파장변환필터(150a)와 다른 두께의 알루미늄(Al)으로 형성되며, 제3 파장변환필터(150c)는 텅스텐(W)으로 형성되고, 제4 파장변환필터(150c)는 제3 파장변환필터(150c)와 다른 두께의 텅스텐(W)으로 형성될 수도 있다.
파장변환필터(150)는 다양한 증착 방법을 이용하여 공통전극(140) 상에 직접적으로 형성하거나, 픽셀전극(120)과 동일한 사이즈로 미리 제조하여 투명접착테이프 등을 통해 공통전극(140) 상에 부착할 수 있다.
파장변환필터(150)는 공통전극(140) 상에 복수 개로 형성될 수 있다. 구체적으로, 하나의 유닛인 파장변환필터(150)가 복수 개의 픽셀전극(120) 유닛과 대응되도록 공통전극(140) 상에 복수 개의 유닛으로 형성되어, 어레이를 형성할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)의 작동원리를 설명하면 아래와 같다.
파장변환필터(150)에는 외부로부터 조사된 엑스선(X-ray)가 입사된다. 구체적으로, 하나의 파장변환필터(150) 유닛은 분할 조건 및 엑스선 흡수량 조건에 따라 원하는 파장대의 영역의 엑스선을 흡수함으로써 신호/잡음, 즉 잡음 대비 신호의 비율을 높일 수 있다.
구체적으로, 엑스선 파장 영역대의 흡수는 원자번호, 물질의 밀도, 막(층)의 두께에 따라 달라지게 된다. 또한, 엑스선은 관전압에 따라 해당되는 광자에너지에 해당하는 전자를 방출하게 된다.
예를 들어, 흉부를 촬영할 때, 관전압은 100 kVp에서 조사하게 되는데, 이 때 금속에서 나오는 광자에너지는 0~100eV에 해당하는 전자가 나오게 된다. 그 중에서 중심파장은 50 eV에 해당하는 전자가 가장 많이 나오게 되고, 좌우 가우시안 분포를 가지게 된다.
이러한 전자들이 흉부 촬영시 모두 필요한 것은 아니다. 즉, 50 eV의 중심파장을 가지는 광자에너지 외의 나머지 광자에너지들은 불필요한 에너지에 해당한다. 따라서 이러한 불필요한 에너지는 오히려 노이즈 역할을 하기 때문에 해상도를 저하시킬 수 있는 요인이 된다.
이에 분할된 파장변환필터(150)는 분할된 부분마다 다른 종류로 형성된 파장변환필터가 불필요한 에너지를 흡수하여 인체 내에 장기 및 종양 등 다른 부분의 이미지를 획득할 수 있다.
공통전극(140)에는 전압공급원으로부터 전압이 공급된다. 구체적으로, 포토컨덕터층(130) 물질의 전자/정공 이동도 또는 암전압(dark current)에 대한 광 전압(photo current)의 비율 등을 고려하여 전압공급원으로부터 양(+)전압 또는 음(-)전압을 결정하고, 공통전극(140)에 양(+)전압 또는 음(-)전압을 공급할 수 있다.
공통전극(140)을 통과한 엑스선(X-ray)이 포토컨덕터층(130)에 흡수되면, 포토컨덕터층(130)에는 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 생성된다. 전자-정공 쌍의 양은 포토컨덕터층(130)에 흡수되는 엑스선의 에너지에 달라진다.
포토컨덕터층(130)에 전자-정공 쌍이 생성된 후, 공통전극(140)과 픽셀전극(120) 사이에 전압을 인가하여 공통전극(140)과 픽셀전극(120) 사이에 전위차를 발생시키면, 공통전극(140)과 픽셀전극(120) 사이의 전위차에 의해, 포토컨덕터층(130)에 생성된 전자-정공 쌍은 각각 공통전극(140) 및 픽셀전극(120)으로 분리된다.
예를 들어, 공통전극(140)에 음(-)전압을 인가하면, 포토컨덕터층(130)에서 생성된 정공(hole)은 공통전극(140) 쪽으로 이동하게 되고 전자(electron)는 픽셀전극(120) 쪽으로 이동하게 된다. 반면, 공통전극(140)에 양(+)전압을 인가하면, 포토컨덕터층(130)에서 생성된 전자는 공통전극(140) 쪽으로 이동하게 되고 정공은 픽셀전극(120) 쪽으로 이동하게 된다.
즉, 공통전극(140)이 형성된 포토컨덕터층(130)에는 엑스선 조사시 광전효과에 의해 전자-정공 쌍이 형성되고, 공통전극(140)에 공급된 전압에 의해 전계(electric field)가 형성되어 픽셀전극(120)으로 전자 또는 정공이 수집될 수 있다.
픽셀전극(120)으로 이동한 전하(전자 또는 정공)는 기판(110)에 형성된 커패시터(미도시)에 저장되고, 커패시터에 전하가 저장되어 엑스선 검출 전압을 저장할 수 있다.
즉, 포토컨덕터층(130)에 엑스선이 조사됨에 따라, 커패시터(미도시)에 소정의 전압이 형성되고, 커패시터에 걸리는 소정의 전압은 포토컨덕터층(130)에 조사된 엑스선 량에 따라 달라지며, 이러한 소정의 전압은 기판(110)에 형성된 박막트랜지스터(TFT)(미도시)의 동작에 의해 전기적 신호로 읽힐 수 있다.
구체적으로, 기판(110)에 형성된 박막트랜지스터에 전기적 신호를 입력하여 박막트랜지스터가 턴온(turn-on)되면, 커패시터에 저장된 전하는 박막트랜지스터의 드레인 전극을 통해서 신호처리부(미도시)로 전송되고, 신호처리부는 전하의 양을 가지고 측정 대상물체의 엑스선 투과도를 측정하여 영상을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)는 분할된 픽셀전극(120) 및 분할된 파장변환필터(150)를 구비하여, 분할된 파장변환필터(150)에 파장분할을 확실하게 할 수 있어 분해능이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)는 분할된 파장변환필터(150)에서 각각 다른 선량의 엑스선을 흡수할 수 있고, 분할된 픽셀전극(120)에서 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있어, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 13을 참조하여 전자 전달층 및/또는 정공 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 픽셀전극(120) 및 공통전극(140) 사이에 전자 전달층(160) 및/또는 정공 전달층(170)이 더 포함된 엑스선 검출기(100)를 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)를 설명함에 있어서, 기판(110)으로서 어레이 기판을 예시적으로 하여 기재하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 전달층(160)은 포토컨덕터층(130)에서 생성된 전자가 픽셀전극(120) 및/또는 공통전극(140)으로 원활하게 이동되도록 하고, 이로 인해 암전류(dark current)를 감소시킬 수 있다. 또한, 정공 전달층(170)은 포토컨덕터층(130)에서 생성된 정공이 픽셀전극(120) 및/또는 공통전극(140)으로 원활하게 이동되도록 하고, 암전류를 감소시킬 수 있다.
전자 전달층(160)은 픽셀전극(120) 및 포토컨덕터층(130) 사이, 포토컨덕터층(130) 및 공통전극(140) 사이 또는 이들 모두에 형성될 수 있다. 또한, 정공 전달층(170)은 픽셀전극(120) 및 포토컨덕터층(130) 사이, 포토컨덕터층(130) 및 공통전극(140) 사이 또는 이들 모두에 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이에 형성된 전자 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 전자 전달층(160), 포토컨덕터층(130), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 6의 엑스선 검출기(100)는 픽셀전극(120)과 포토컨덕터층(130) 사이에 전자 전달층(160)이 형성되는 것을 제외하면, 도 1과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전자 전달층(160)은 예를 들어, 티타늄산화물(TiOx), 아연산화물(ZnOx), 인듐산화물(InOx), 주석산화물(SnOx), 텅스텐산화물(WOx), 니오븀산화물(NbOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 마그네슘산화물(MgOx), 지르코늄산화물(ZrOx), 스트론튬산화물(SrOx), 란탄산화물(LaOx), 바나듐산화물(VOx), 알루미늄산화물(AlOx), 이트륨산화물(YOx), 스칸듐산화물(ScOx), 갈륨산화물(GaOx), 인듐산화물(InOx), 이들의 혼합물 또는 이들의 복합물을 포함할 수 있다.
전자 전달층(160)은 용액을 이용하여 다양한 용액코팅 방법 및 증착방법을 통해 형성될 수 있다.
용액코팅 방법은 예를 들어, 스핀코팅, 스프레이코팅, 울트라스프레이코팅, 전기방사코팅, 슬롯다이코팅, 그라비아코팅, 바코팅, 롤코팅, 딥코팅, 쉬어코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 노즐 프린팅 등이 있다.
증착 방법은 예를 들어, 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링, 원자층증착, 화학기상증착, 열증착, 동시증발법 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 등이 있다.
도 7은 본 발명의 일 측에 따른 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 전자 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 포토컨덕터층(130), 전자 전달층(160), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 7의 엑스선 검출기(100)는 포토컨덕터층(130)과 공통전극(140) 사이에 전자 전달층(160)이 형성되는 것을 제외하면, 도 6과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이에 형성된 정공 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 정공 전달층(170), 포토컨덕터층(130), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 8의 엑스선 검출기(100)는 픽셀전극(120)과 포토컨덕터층(130) 사이에 정공 전달층(170)이 형성되는 것을 제외하면, 도 1과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
정공 전달층(170)은 예를 들어, 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 또는 트리페닐아민계 물질을 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
정공 전달층(170)은 용액을 이용하여 다양한 용액코팅 방법 및 증착 방법을 통해 형성될 수 있다.
용액코팅 방법은 예를 들어, 스핀코팅, 스프레이코팅, 울트라스프레이코팅, 전기방사코팅, 슬롯다이코팅, 그라비아코팅, 바코팅, 롤코팅, 딥코팅, 쉬어코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 노즐 프린팅 등이 있다.
증착 방법은 예를 들어, 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링, 원자층증착, 화학기상증착, 열증착, 동시증발법 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 등이 있다.
도 9는 본 발명의 일 측에 따른 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 정공 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 포토컨덕터층(130), 정공 전달층(170), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 9의 엑스선 검출기(100)는 포토컨덕터층(130)과 공통전극(140) 사이에 정공 전달층(170)이 형성되는 것을 제외하면, 도 8과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이에 형성된 전자 전달층과, 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 정공 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 전자 전달층(160), 포토컨덕터층(130), 정공 전달층(170), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 10의 엑스선 검출기(100)는 픽셀전극(120)과 포토컨덕터층(130) 사이에 전자 전달층(160)이 형성되고, 포토컨덕터층(130)과 공통전극(140) 사이에 정공 전달층(170)이 형성되는 것을 제외하면, 도 1과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11은 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이에 형성된 정공 전달층과, 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 전자 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 정공 전달층(170), 포토컨덕터층(130), 전자 전달층(160), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 11의 엑스선 검출기(100)는 픽셀전극(120)과 포토컨덕터층(130) 사이에 정공 전달층(170)이 형성되고, 포토컨덕터층(130)과 공통전극(140) 사이에 전자 전달층(160)이 형성되는 것을 제외하면, 도 10과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12는 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이와, 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 정공 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 정공 전달층(170), 포토컨덕터층(130), 정공 전달층(170), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 12의 엑스선 검출기(100)는 픽셀전극(120)과 포토컨덕터층(130) 사이와, 포토컨덕터층(130)과 공통전극(140) 사이 모두에 정공 전달층(170)이 형성되는 것을 제외하면, 도 1과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 13은 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이와, 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 전자 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 기판(110), 픽셀전극(120), 전자 전달층(160), 포토컨덕터층(130), 전자 전달층(160), 공통전극(140) 및 파장변환필터(150)를 포함한다.
도 13의 엑스선 검출기(100)는 픽셀전극(120)과 포토컨덕터층(130) 사이와, 포토컨덕터층(130)과 공통전극(140) 사이 모두에 전자 전달층(160)이 형성되는 것을 제외하면, 도 12와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
지금까지 도 1 내지 도 13을 참조하여 파장변환필터(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)에 대하여 설명하였다. 이하, 도 14 내지 도 20을 참조하여 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기(200)를 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기(200)는 기판(210), 픽셀전극(220), 포토컨덕터층(230) 및 공통전극(250)을 포함하고, 절연층(240)을 더 포함할 수 있다.
도 14를 참조하여 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기(200)를 설명함에 있어서, 도 1의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기(110)와 동일하거나 중복되는 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
엑스선 검출기(200)는 쇼트키형(Schottky type)일 수 있다.
기판(210)은 상보형금속산화반도체(CMOS), 전하결합소자(CCD) 또는 박막트랜지스터(TFT)를 포함하는 어레이(array) 기판일 수 있다.
기판(210)은 절연성 물질로 형성될 수 있다. 기판(210)은 예를 들어, 유리(glass), 석영(quartz), 실리콘(silicon) 또는 플라스틱(plastic)으로 형성될 수 있다.
픽셀전극(220)은 기판(210) 상에 복수 개로 분할되어 형성된다.
구체적으로, 픽셀전극(220)은 도 14에 도시된 바와 같이, 점선으로 표시된 부분으로서, 상기 점선으로 표시된 부분은 하나의 픽셀전극(220) 유닛(unit)일 수 있다. 이러한 하나의 픽셀전극(220) 유닛은 복수 개로 분할되어 형성되고, 예를 들어, 2분할, 3분할 또는 4분할되어 형성될 수 있다.
구체적으로, 하나의 픽셀전극(220) 유닛은 엑스선 흡수량에 따른 엑스선 검출량이 서로 다르도록 분할되어 형성됨으로써, 각각 다른 선량으로 흡수된 엑스선을 동시에 검출할 수 있다.
픽셀전극(220)은 기판(210)상에 복수 개로 형성될 수 있다. 구체적으로, 하나의 유닛인 픽셀전극(220)이 기판(210) 상에 복수 개의 유닛으로 형성되어, 엑스선(X-ray) 영상을 구성하는 픽셀 어레이를 형성할 수 있다.
픽셀전극(220)은 전기적 특성이 우수한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
픽셀전극(220)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 알루미늄아연산화물(AZO), 불소산화주석(FTO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜: 폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
포토컨덕터층(230)은 픽셀전극(220) 상에 형성된다.
구체적으로, 포토컨덕터층(230)은 전술한 분할된 픽셀전극(220)과 대응되도록 복수 개로 분할되어 형성된다. 즉, 포토컨덕터층(230)은 분할된 픽셀전극(220)과 동일한 사이즈(가로x세로)로 분할되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 포토컨덕터층(230)은 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 포토컨덕터층(230a) 및 제2 포토컨덕터층(230b)를 포함하는 하나의 포토컨덕터층(230) 유닛(unit)일 수 있다.
이러한 하나의 포토컨덕터층(230) 유닛은 복수 개로 분할되어 형성되고, 예를 들어, 2분할, 3분할 또는 4분할되어 형성될 수 있다. 이하, 도 15 내지 도 17을 참조하여, 다양한 개수로 분할된 포토컨덕터층(230)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다. 도 15 내지 도 17에서, 분할된 포토컨덕터층(230) 구조를 설명하기 위하여, 포토컨덕터층(230)의 상부에 형성된 공통전극(250)을 도시를 생략하였다.
도 15는 2분할된 포토컨덕터층(230)을 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 포토컨덕터층(230)은 2분할되어, 제1 포토컨덕터층(230a) 및 제2 포토컨덕터층(230b)을 포함할 수 있다.
제1 포토컨덕터층(230a) 및 제2 포토컨덕터층(230b)으로 2분할된 포토컨덕터층(230)에 있어서, 제1 포토컨덕터층(230a) 및 제2 포토컨덕터층(230b)은 외부로부터 입사된 엑스선에 따른 엑스선 흡수량이 서로 다르다.
구체적으로, 하나의 포토컨덕터층(230) 유닛은 엑스선 흡수량이 서로 다르도록 2분할되어 형성된 제1 파장변환필터(150a) 및 제2 파장변환필터(150b)로 구성됨으로써, 외부로부터 입사된 동일한 엑스선을 각각 다른 선량으로 흡수할 수 있다. 이에 따라, 각각 다른 선량의 엑스선을 동시에 흡수함으로써, 엑스선 흡수량에 따른 뼈 및 여러 장기를 동시에 검출할 수 있다.
도 16은 3분할된 포토컨덕터층(230)을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 16을 참조하면, 포토컨덕터층(230)은 3분할되어, 제1 포토컨덕터층(230a), 제2 포토컨덕터층(230b) 및 제3 포토컨덕터층(230c)을 포함할 수 있고, 제1 포토컨덕터층(230a), 제2 포토컨덕터층(230b) 및 제3 포토컨덕터층(230c)은 외부로부터 입사된 엑스선에 따른 엑스선 흡수량이 각각 다르다.
도 17은 4분할된 포토컨덕터층(230)을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스선 검출기의 평면도를 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 포토컨덕터층(230)은 4분할되어, 제1 포토컨덕터층(230a), 제2 포토컨덕터층(230b), 제3 포토컨덕터층(230c) 및 제4 포토컨덕터층(230d)을 포함할 수 있고, 제1 포토컨덕터층(230a), 제2 포토컨덕터층(230b), 제3 포토컨덕터층(230c) 및 제4 포토컨덕터층(230d)은 외부로부터 입사된 엑스선에 따른 엑스선 흡수량이 각각 다르다.
포토컨덕터층(230)은 공통전극(250)을 통과하여 포토컨덕터층(230)에 입사된 엑스선(X-ray)에 의해 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 발생시킨다. 전자-정공 쌍의 양은 포토컨덕터층(230)에 흡수되는 엑스선의 에너지 양에 따라 달라지게 된다.
포토컨덕터층(230)은 공통전극(250)을 통과해 입사된 엑스선(X-ray)을 흡수하여 전기적인 신호로 변환할 수 있는 물질(엑스선 흡수 물질)로서, 페로브스카이트 화합물, CdTe, PbI2, a-Se, PbO, HgI2 및 BiI3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 페로브스카이트 구조(perovskite structure)를 갖는 화합물일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(230)은 하기 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
AMX3
상기 화학식 1에서, A는 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
[화학식 2]
A3M2X9
상기 화학식 2에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
[화학식 3]
A3MX6
상기 화학식 3에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
[화학식 4]
AM2X7
상기 화학식 4에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온이다.
[화학식 5]
A2A'n - 1MnX3n +1
상기 화학식 5에서, A는 1가의 양이온이고, A'는 1가의 양이온이며, M은 1가, 2가, 3가 또는 4가의 금속 양이온이고, X는 1가 음이온이며, n은 적어도 1이상이다.
상기 화학식 1 내지 화학식 5에서, 상기 A는 1가의 유기 양이온, 1가의 무기 양이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 1가의 유기 양이온은 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기(-NH3), 수산화기(-OH), 시아노기(-CN), 할로겐기, 니트로기(-NO), 메톡시기(-OCH3) 또는 이미다졸리움기가 치환된 C1~24의 직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 1가의 무기 양이온은 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, Cu(I) +, Ag(I)+, Au(I)+ 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 화학식 1에서, 상기 M은 Pb2 +, Sn2 +, Ge2 +, Cu2 +, Co2 +, Ni2 +, Ti2 +, Zr2 +, Hf2+, Rf2 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 화학식 2 내지 화학식 4에서, 상기 M은 In3 +, Bi3 +, Co3 +, Sb3 +, Ni3+, Al3 +, Ga3 +, Tl3 +, Sc3 +, Y3+, La3 +, Ce3 +, Fe3 +, Ru3 +, Cr3 +, V3+, Ti3 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 화학식 5에서, 상기 M은 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Pb2 +, Sn2 +, Ge2 +, Cu2+, Co2 +, Ni2 +, Ti2 +, Zr2 +, Hf2 +, Rf2 +, In3 +, Bi3 +, Co3 +, Sb3 +, Ni3 +, Al3 +, Ga3 +, Tl3 +, Sc3+, Y3+, La3 +, Ce3 +, Fe3 +, Ru3 +, Cr3 +, V3+, Ti3 +, Si4 +, C4+, Ge4 +, Hf4 +, Zr4 +, Ti4 + 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 화학식 1 내지 화학식 5에서, 상기 X는 F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, BF4 - 또는 이들의 조합일 수 있다.
페로브스카이트 화합물은 복수 개의 나노결정입자(이하, '페로브스카이트 나노결정입자'라고 함) 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 포토컨덕터층(230)은 나노결정입자로 이루어진 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 페로브스카이트 나노결정입자는 코어-쉘 구조를 가질 수 있고, 페로브스카이트 나노결정입자는 표면 상에 페로브스카이트 나노결정입자의 표면을 둘러싸도록 형성된 유기 리간드를 더 포함할 수 있다.
포토컨덕터층(230)은 유기 바인더를 더 포함할 수 있다. 유기 바인더는 페로브스카이트 화합물과 함께 포토컨덕터층(230)에 포함되어, 페로브스카이트 광흡수층(222)의 가요성(flexibility)을 향상시킬 수 있다.
포토컨덕터층(230)에는 엑스선 흡수 물질(예를 들어, 페로브스카이트 화합물) 및 유기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함될 수 있다.
포토컨덕터층(230)은 무기 바인더를 더 포함할 수 있다.
포토컨덕터층(230)에는 엑스선 흡수 물질(예를 들어, 페로브스카이트 화합물) 및 무기 바인더가 90:10 내지 10:90의 중량비로 포함될 수 있다.
포토컨덕터층(230)은 엑스선 흡수 물질을 용매에 용해시킨 엑스선 흡수 물질 함유 용액을 이용한 용액코팅 방법 또는 증착 방법을 통해 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
포토컨덕터층(230)을 용액코팅 방법을 이용하여 형성할 경우, 제조공정이 단순해지고 제조비용을 절감할 수 있다.
포토컨덕터층(230)은 1 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 범위의 두께로 비교적 두껍게 형성될 수 있다.
포토컨덕터층(230)의 두께가 1,000 ㎛를 초과할 경우, 포토컨덕터층(230)이 픽셀전극(220)으로부터 박리되거나 접착력이 떨어지는 단점이 있고, 포토컨덕터층(230)의 두께가 1 ㎛ 미만일 경우, 엑스선의 흡수량이 적어 신호가 노이즈 수준으로 약한 단점이 있다.
포토컨덕터층(230)은 분할된 부분마다 엑스선 흡수량이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
일례로, 도 15에 도시된 바와 같이, 포토컨덕터층(230)이 2분할될 경우, 제1 포토컨덕터층(230a)은 상기 화학식 1의 페로브스카이트 화합물로 형성되고, 제2 포토컨덕터층(230b)은 CdTe으로 형성되어, 엑스선 흡수량이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
일례로, 도 16에 도시된 바와 같이, 포토컨덕터층(230)이 3분할될 경우, 제1 포토컨덕터층(230a)은 상기 화학식 1의 페로브스카이트 화합물로 형성되고, 제2 포토컨덕터층(230b)은 CdTe으로 형성되며, 제3 포토컨덕터층(230c)는 PbI2로 형성되어, 엑스선 흡수량이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
일례로, 도 17에 도시된 바와 같이, 포토컨덕터층(230)이 4분할될 경우, 제1 포토컨덕터층(230a)은 상기 화학식 1의 페로브스카이트 화합물로 형성되고, 제2 포토컨덕터층(230b)은 CdTe으로 형성되며, 제3 포토컨덕터층(230c)는 PbI2로 형성되고, 제4 포토컨턱터층(230d)은 상기 화학식 5의 페로브스카이트 화합물로 형성되어, 엑스선 흡수량이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 하나의 포토컨덕터층(230) 유닛은 엑스선 흡수량이 서로 다르도록 2분할 내지 4분할되어 형성됨으로써, 외부로부터 입사된 동일한 엑스선을 각각 다른 선량으로 흡수할 수 있다. 이에 따라, 각각 다른 선량의 엑스선을 동시에 흡수함으로써, 엑스선 흡수량에 따른 뼈 및 여러 장기를 동시에 검출할 수 있다.
엑스선 검출기(200)는 절연층(240)을 더 포함할 수 있다.
절연층(240)은 복수 개의 포토컨덕터층(230)을 전기적으로 차단할 수 있도록, 공지의 다양한 절연 물질로 이루어질 수 있다.
공통전극(250)은 포토컨덕터층(130) 상에 형성된다.
공통전극(250)은 픽셀전극(220)을 모두 가리도록 형성된 단일 전극 구조로 형성될 수 있다.
공통전극(250)은 전기적 특성이 우수한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
공통전극(250)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 알루미늄아연산화물(AZO), 불소산화주석(FTO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜: 폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측에 따라, 공통전극(250)은 픽셀전극(220)과 서로 동일하거나 상이한 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(200)는 분할된 픽셀전극(220) 및 분할된 포토컨덕터층(230)를 구비하여 분할된 포토컨덕터층(230)에 의해 신호/잡음의 비율이 높아져 감도가 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(200)는 분할된 포토컨덕터층(230)에서 각각 다른 선량의 엑스선을 흡수할 수 있고, 분할된 픽셀전극(220)에서 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있어, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있다.
이하에서는 도 18 내지 도 20을 참조하여 전자 전달층 및/또는 정공 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따라, 픽셀전극(220) 및 공통전극(250) 사이에 전자 전달층(160) 및/또는 정공 전달층(170)이 더 포함된 엑스선 검출기(200)를 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(200)를 설명함에 있어서, 기판(210)으로서 어레이 기판을 예시적으로 하여 기재하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자 전달층(260)은 포토컨덕터층(230)에서 생성된 전자가 픽셀전극(220) 및/또는 공통전극(250)으로 원활하게 이동되도록 하고, 이로 인해 암전류(dark current)를 감소시킬 수 있다. 또한, 정공 전달층(270)은 포토컨덕터층(230)에서 생성된 정공이 픽셀전극(220) 및/또는 공통전극(250)으로 원활하게 이동되도록 하고, 암전류를 감소시킬 수 있다.
전자 전달층(260)은 픽셀전극(220) 및 포토컨덕터층(230) 사이, 포토컨덕터층(230) 및 공통전극(250) 사이 또는 이들 모두에 형성될 수 있다. 또한, 정공 전달층(270)은 픽셀전극(220) 및 포토컨덕터층(230) 사이, 포토컨덕터층(230) 및 공통전극(250) 사이 또는 이들 모두에 형성될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이에 형성된 전자 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 18을 참조하면, 엑스선 검출기(200)는 기판(210), 픽셀전극(220), 전자 전달층(260), 포토컨덕터층(230) 및 공통전극(250) 포함한다.
도 18의 엑스선 검출기(200)는 픽셀전극(220)과 포토컨덕터층(130) 사이에 전자 전달층(260)이 형성되는 것을 제외하면, 도 14과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전자 전달층(260)은 예를 들어, 티타늄산화물(TiOx), 아연산화물(ZnOx), 인듐산화물(InOx), 주석산화물(SnOx), 텅스텐산화물(WOx), 니오븀산화물(NbOx), 몰리브덴산화물(MoOx), 마그네슘산화물(MgOx), 지르코늄산화물(ZrOx), 스트론튬산화물(SrOx), 란탄산화물(LaOx), 바나듐산화물(VOx), 알루미늄산화물(AlOx), 이트륨산화물(YOx), 스칸듐산화물(ScOx), 갈륨산화물(GaOx), 인듐산화물(InOx), 이들의 혼합물 또는 이들의 복합물을 포함할 수 있다.
전자 전달층(260)은 용액을 이용하여 다양한 용액코팅 방법 및 증착방법을 통해 형성될 수 있다.
용액코팅 방법은 예를 들어, 스핀코팅, 스프레이코팅, 울트라스프레이코팅, 전기방사코팅, 슬롯다이코팅, 그라비아코팅, 바코팅, 롤코팅, 딥코팅, 쉬어코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 노즐 프린팅 등이 있다.
증착 방법은 예를 들어, 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링, 원자층증착, 화학기상증착, 열증착, 동시증발법 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 등이 있다.
도 19는 본 발명의 일 측에 따른 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 전자 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 19를 참조하면, 엑스선 검출기(200)는 기판(210), 픽셀전극(220), 포토컨덕터층(230), 전자 전달층(260) 및 공통전극(250)을 포함한다.
도 19의 엑스선 검출기(200)는 포토컨덕터층(230)과 공통전극(250) 사이에 전자 전달층(260)이 형성되는 것을 제외하면, 도 18과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 20은 본 발명의 일 측에 따른 픽셀전극 및 포토컨덕터층 사이에 형성된 전자 전달층과, 포토컨덕터층 및 공통전극 사이에 형성된 정공 전달층을 더 포함하는 엑스선 검출기의 단면도를 도시한 것이다.
도 20을 참조하면, 엑스선 검출기(200)는 기판(210), 픽셀전극(220), 전자 전달층(260), 포토컨덕터층(230), 정공 전달층(270) 및 공통전극(250)을 포함한다.
도 20의 엑스선 검출기(200)는 픽셀전극(220)과 포토컨덕터층(230) 사이에 전자 전달층(260)이 형성되고, 포토컨덕터층(230)과 공통전극(250) 사이에 정공 전달층(270)이 형성되는 것을 제외하면, 도 14와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
정공 전달층(270)은 예를 들어, 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 또는 트리페닐아민계 물질을 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
정공 전달층(270)은 용액을 이용하여 다양한 용액코팅 방법 및 증착 방법을 통해 형성될 수 있다.
용액코팅 방법은 예를 들어, 스핀코팅, 스프레이코팅, 울트라스프레이코팅, 전기방사코팅, 슬롯다이코팅, 그라비아코팅, 바코팅, 롤코팅, 딥코팅, 쉬어코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 노즐 프린팅 등이 있다.
증착 방법은 예를 들어, 감압, 상압 또는 가압조건에서, 스퍼터링, 원자층증착, 화학기상증착, 열증착, 동시증발법 또는 플라즈마 강화 화학기상증착 등이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100, 200)는 고선량의 엑스선과 저선량의 엑스선을 모두 검출할 수 있어, 뼈 및 여러 장기들을 동시에 검출할 수 있는 엑스선 시스템에 이용 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100, 200)는 고감도의 고성능 특성을 가져 의료용(흉부용 또는 치과용) 엑스선 검출기, 산업용 엑스선 불량 검출기, 엑스선 분광 분석기 또는 CT 기능을 가지는 고해상도 엑스선 이미지 센서로 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100, 200)는 기존 간접방식의 엑스선 검출기가 인지할 수 없는 국소의 이미지를 인지함으로써, 엑스선 촬영을 통해 고해상도의 이미지를 얻어 질병 조기 진단 및 결정성 물질의 구조 분석에 이용이 가능하다.
이하, 도 21을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 시스템을 설명하기로 한다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 시스템을 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 시스템을 의료 분야에 사용한 것을 도시한 것이나, 이에 제한되지 않고 반도체 분야 또는 산업 분야 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 21을 참조하면, 엑스선 시스템(300)은 엑스선(311)을 발생시키는 엑스선 발생기(310), 엑스선을 검출하기 위한 엑스선 검출기(320), 엑스선 검출기(320)를 구동시키는 구동부(330), 엑스선 검출기(320)의 엑스선 검출 전압을 처리하는 데이터 처리부(340), 엑스선 검출 전압에 따른 영상 출력 신호를 출력하는 영상 신호 출력부(350) 및 영상 신호에 따라 영상을 출력하는 디스플레이 장치(360)를 포함할 수 있다.
엑스선 발생기(310)에서 발생된 엑스선(311)은 환자(370)의 피검사 부위(371)에 조사될 수 있다. 환자(370)의 피검사 부위(371)를 투과하는 엑스선은 엑스선 검출기(320)에 조사될 수 있다.
엑스선 발생기(310)는 형광색 등을 측정하기에 효과적인 폴리크로메틱(polychromatic) 방식으로서, 촬영하고자 하는 피검체의 종류 및 엑스선 시스템의 사용 환경에 따라 선형, 원형, 아크형 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 배열될 수 있고, 그 배열 밀도가 조절될 수 있다.
또한, 엑스선 발생기(310)는 하나의 단위 엑스선 발생기 또는 복수 개의 단위 엑스선 발생기일 수 있고, 겐트리(gentry) 엑스선 발생기일 수 있다.
엑스선 발생기(310)는 캐소드 전극, 에미터, 애노드 전극, 게이트 전극, 포커싱 전극 및 하나 이상의 절연 기둥을 포함할 수 있다. 또한, 엑스선 발생기(310)는 진공에서 작동될 수 있다.
캐소드 전극은 유리, 금속, 석영, 규소 또는 알루미나로 형성된 기판의 상부에 위치하는 것으로서, 캐소드 전극 상에는 점광원 형태 및/또는 면광원 형태의 에미터가 위치하게 된다.
에미터는 전자를 방출하는 역할을 수행하는 것으로서, 점광원 형태를 가질 수 있다. 이러한 점광원 형태의 에미터는 전자가 방출되는 선단이 뾰족한 형상을 가지는 한 그 형태가 특별히 제한되지는 않는다. 다만, 바람직하게는, 원뿔형, 사면체형 및 끝이 뾰족한 선단을 구비한 원기둥형 및 끝이 뾰족한 선단을 구비한 다면체형 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 에미터의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 금속, 탄소계열 물질로 구성된 전도성 물질이 사용될 수 있다.
한편, 에미터는 방출되는 전자의 궤적을 조절하거나 원하는 엑스선 발생기의 성능 등에 따라 점광원 형태뿐만 아니라 면광원 형태의 에미터가 사용될 수 있고, 이 경우, 면광원 형태의 에미터는 규소, 금속, 탄소계열 위에 형성된 탄소구조물 또는 금속이 사용될 수 있다.
애노드 전극은 에미터의 상측에 형성되고, 애노드 전극에는 전원을 인가하기 위한 전극 및/또는 DC 전원공급기가 형성될 수 있다. 이러한 애노드 전극의 재료는 일반적으로 구리, 텅스텐, 망간, 몰디브 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 박막형 엑스레이의 경우 애노드 전극은 금속 박막으로 형성될 수 있다.
이러한 구성으로 인해, 에미터가 전자를 방출하는 경우에 방출된 전자는 애노드 전극을 구성하는 금속에 충돌한 후, 반사 또는 그 금속을 통과하면서 엑스선을 발생시킬 수 있다.
엑스선 검출기(320)는 제공된 엑스선(311)의 강도(intensity)에 대응하는 엑스선 검출 전압을 데이터 처리부(340) 및 영상 신호 출력부(350)를 거쳐 디스플레이 장치(360)로 제공할 수 있다.
엑스선 검출기(320)는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100, 200)일 수 있다. 엑스선 검출기(320)는 도 1 또는 도 14를 참조하여 설명한 엑스선 검출기(100, 200)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
디스플레이 장치(360)는 영상 신호에 대응하는 엑스선 영상을 실시간으로 디스플레이할 수 있다. 일례로, 디스플레이 장치(360)는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display) 등으로 구성될 수 있다.
이하 도 22를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 엑스선 회절(XRD) 분석 장치에 사용될 수 있다.
도 22를 참조하면, 엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 엑스선을 조사하는 엑스선 발생기(420) 및 피검체(410)에 부딪혀 반사 또는 회절되는 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기(430)를 포함한다.
피검체(410)는 엑스선 검출기(430)와 소정의 거리만큼 이격되고, 엑스선 발생기(420) 및 엑스선 검출기(430)는 피검체(410)를 중심으로 소정의 각도를 가지도록 배치될 수 있다. 다만, 소정의 거리 및 각도는 엑스선 시스템의 종류 및 사용 환경에 따라 변경될 수 있다.
엑스선 발생기(420)는 도 21을 참조하여 설명한 엑스선 발생기(310)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 검출기(430)는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100, 200)일 수 있다. 엑스선 검출기(430)는 도 1 또는 도 14를 참조하여 설명한 엑스선 검출기(100, 200)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(430)를 포함함으로써, 엑스선에 대한 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(430)를 사용하여 국소의 이미지를 인지함으로써, 엑스선 촬영을 통해 고해상도의 이미지를 얻고, 결정성 물질의 구조 분석에 이용이 가능하며, 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 엑스선 회절(XRD) 분석 장치(400)는 측정하고자 하는 샘플에 엑스선의 각도를 변화시키면서 회절되는 엑스선의 강도를 기록하여 강도가 다른 복수의 회절피크로부터 패턴을 얻을 수 있다. 이를 통해, 재료의 성분을 분석할 수 있고, 재료의 배향성을 측정 및 해석할 수 있다.
이하 도 23을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함하는 비파괴 검사 장치의 응용 분야에 대해 설명하기로 한다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 비파괴 검사 장치의 응용 분야를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 엑스선을 조사하는 엑스선 발생기 및 피검체에 투과되는 엑스선을 검출하는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함한다.
엑스선 발생기는 도 21과 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 검출기는 피검체를 사이에 두고 엑스선 발생기 반대측에 배치된다.
엑스선 검출기는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기(100, 200)일 수 있다. 엑스선 검출기는 도 1 또는 도 14를 참조하여 설명한 엑스선 검출기(100, 200)와 동일한 구성요소를 가지므로 중복되는 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 포함함으로써, 엑스선에 대한 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기를 사용하여 국소의 이미지를 인지함으로써, 엑스선 촬영을 통해 고해상도의 이미지를 얻고, 결정성 물질의 구조 분석에 이용이 가능하며, 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 각종 구조물(반도체 재료, 석유 배관, 기구, 구조물, 보수 검사 등)은 급속히 대형화, 고압화 또는 고속화되어 있어, 그것의 품질과 규모에 큰 변화를 가져오고 있으며, 아울러 안전성에 대한 신뢰도가 중요한 문제로 대두되고 있다.
모든 재료는 완전무결할 수 없기 때문에 수명이 영구적일 수 없으므로, 재료로부터 결함이 있을 뿐만 아니라 가공 중 및 사용 중에도 결함이 발생하고 성장함으로 재료의 수명에 영향을 준다.
본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치는 이러한 구조물에 어느 정도의 결함이 존재하는지, 그 결함이 이들의 사용조건에서 얼마나 유해한지를 판단하는 자료를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 비파괴 검사 장치를 이용하여 구조물의 상태를 확인하여 위해하다고 판단되는 결함 등을 미리 기록하여 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기는 관전압(Tube voltage)에 따라 응용되는 분야가 다르다. 엑스선 검출기의 응용분야에 따른 관전압 및 공간분해능을 하기 표 1에 나타내었다.
| 응용분야 | 관전압(kpV) | 공간분해능(lp/mm) |
| 결정학(crystallography) | 8-20 | 10 |
| 비파괴 검사 | 30-600 | 5-10 |
| 흉부 | 80-150 | ~6 |
| 맘모(mommo) | 20-30 | 15-20 |
| 덴탈 | 50-70 | 7-10 |
| 마이크로 CT | 24-50 | 20 |
표 1을 참조하면, 예를 들어, 맘모의 경우 뼈가 없기 때문에 관전압을 낮게 조사해도 되지만, 흉부의 경우 뼈와 피로 구성되어 있어 인체 내를 투과해야 하기 때문에 관전압이 크게 조사된다. 이와 같이, 응용분야에 따라 엑스선 검출기에 관전압을 다르게 조사하게 된다.
또한, 관전압이 달라짐에 따라 포토컨덕터층의 두께는 달라지게 된다. 구체적으로, 더 큰 에너지의 포톤(photon)들을 흡수하기 위해서는 포토컨덕터층의 두께는 두껍게 형성돼야 하며, 포토컨덕터층의 구성원소에 따라 그 두께 또한 달라질 수 있다.
엑스선은 에너지가 높기 때문에 어레이 기판의 트랜지스터 및 커패시터 등의 손상을 최소화하기 위해, 포토컨덕터층에서 엑스선을 90% 이상 흡수하는 것이 가장 이상적이지만, 이를 위해서는 포토컨덕터층의 두께가 두꺼워진다는 단점이 있다. 따라서 최소한 10% 이상을 흡수하는 포토컨덕터층을 제조해야 하며, 바람직하게는 63% 이상의 흡수를 갖는 두께로 제조하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200, 320, 430: 엑스선 검출기
110, 210: 기판 120, 220: 픽셀전극
130, 230: 포토컨덕터층 140: 공통전극
150: 파장변환필터 150a: 제1 파장변환필터
150b: 제2 파장변환필터 150c: 제3 파장변환필터
150d: 제4 파장변환필터 160, 260: 전자 전달층
170, 270: 정공 전달층 230a: 제1 포토컨덕터층
230b: 제2 포토컨덕터층 230c: 제3 포토컨덕터층
230d: 제4 포토컨덕터층 240: 절연층
250: 공통전극 300: 엑스선 시스템
310: 엑스선 발생기 311: 엑스선
330: 구동부 340: 데이터 처리부
350: 영상 신호 출력부 360: 디스플레이 장치
370: 환자 371: 피검사 부위
400: 엑스선 회절 분석 장치 410: 피검체
420: 엑스선 발생기
110, 210: 기판 120, 220: 픽셀전극
130, 230: 포토컨덕터층 140: 공통전극
150: 파장변환필터 150a: 제1 파장변환필터
150b: 제2 파장변환필터 150c: 제3 파장변환필터
150d: 제4 파장변환필터 160, 260: 전자 전달층
170, 270: 정공 전달층 230a: 제1 포토컨덕터층
230b: 제2 포토컨덕터층 230c: 제3 포토컨덕터층
230d: 제4 포토컨덕터층 240: 절연층
250: 공통전극 300: 엑스선 시스템
310: 엑스선 발생기 311: 엑스선
330: 구동부 340: 데이터 처리부
350: 영상 신호 출력부 360: 디스플레이 장치
370: 환자 371: 피검사 부위
400: 엑스선 회절 분석 장치 410: 피검체
420: 엑스선 발생기
Claims (32)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되고, 복수 개로 분할되어 형성된 픽셀전극;
상기 분할된 픽셀전극 상에 형성되고, 입사된 엑스선(X-ray)에 의해 전자-정공 쌍을 발생시키는 포토컨덕터층;
상기 포토컨덕터층 상에 형성된 공통전극; 및
상기 공통전극 상에 상기 분할된 픽셀전극과 대응되도록 복수 개로 분할되어 형성된 복수 개의 파장변환필터
를 포함하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 분할된 픽셀전극 및 상기 분할된 파장변환필터는 2분할 내지 4분할되어 있는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 분할된 파장변환필터는 엑스선 흡수량이 서로 다른 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제3항에 있어서,
상기 분할된 파장변환필터는 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제3항에 있어서,
상기 파장변환필터는 알루미늄(Al), 구리 (Cu) 또는 텅스텐(W)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 1로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
[화학식 1]
AMX3
(상기 화학식 1에서, A는 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.) - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 2로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
[화학식 2]
A3M2X9
(상기 화학식 2에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.) - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 3으로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
[화학식 3]
A3MX6
(상기 화학식 3에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.) - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 4로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
[화학식 4]
AM2X7
(상기 화학식 4에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.) - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 하기 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
[화학식 5]
A2A'n - 1MnX3n +1
(상기 화학식 5에서, A는 1가의 양이온이고, A'는 1가의 양이온이며, M은 1가, 2가, 3가 또는 4가의 금속 양이온이고, X는 1가 음이온이며, n은 적어도 1이상임.) - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 나노결정입자로 이루어진 페로브스카이트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 CdTe, PbI2, a-Se, PbO, HgI2 및 BiI3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 유기 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층은 무기 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 포토컨덕터층의 두께는 1 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 픽셀전극은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO), 알루미늄아연산화물(AZO), 불소산화주석(FTO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 공통전극은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 인듐주석산화물(ITO), 알루미늄아연산화물(AZO), 불소산화주석(FTO), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 폴리에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트(PEDOT:PSS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 전자 전달층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제18항에 있어서,
상기 전자 전달층은 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 정공 전달층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제20항에 있어서,
상기 정공 전달층은 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 상보형금속산화반도체(CMOS), 전하결합소자(CCD) 또는 박막트랜지스터(TFT)를 포함하는 어레이 기판인 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 유리(glass), 석영(quartz), 실리콘(silicon) 및 플라스틱(plastic)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 기판;
상기 기판 상에 형성되고, 복수 개로 분할되어 형성된 픽셀전극;
상기 분할된 픽셀전극 상에 상기 분할된 픽셀전극과 대응되도록 복수 개로 분할되어 형성되고, 입사된 엑스선(X-ray)에 의해 전자-정공 쌍을 발생시키는 포토컨덕터층; 및
상기 분할된 포토컨덕터층 상에 형성된 공통전극
을 포함하는 엑스선 검출기. - 제24항에 있어서,
상기 분할된 픽셀전극 및 상기 분할된 포토컨덕터층은 2분할 내지 4분할되어 있는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제24항에 있어서,
상기 분할된 포토컨덕터층은 엑스선 흡수량이 서로 다른 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제26항에 있어서,
상기 분할된 포토컨덕터층은 하기 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 페로브스카이트 화합물, CdTe, PbI2, a-Se, PbO, HgI2 및 BiI3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 서로 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
[화학식 1]
AMX3
(상기 화학식 1에서, A는 1가의 양이온이고, M은 2가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 2]
A3M2X9
(상기 화학식 2에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 3]
A3MX6
(상기 화학식 3에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 4]
AM2X7
(상기 화학식 4에서, A는 1가의 양이온이고, M은 3가의 금속 양이온이며, X는 1가의 음이온임.)
[화학식 5]
A2A'n - 1MnX3n +1
(상기 화학식 5에서, A는 1가의 양이온이고, A'는 1가의 양이온이며, M은 1가, 2가, 3가 또는 4가의 금속 양이온이고, X는 1가 음이온이며, n은 적어도 1이상임.) - 제24항에 있어서,
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 전자 전달층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 제24항에 있어서,
상기 픽셀전극 및 상기 공통전극 사이에 정공 전달층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기. - 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생기;
상기 엑스선을 검출하는 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 엑스선 검출기;
상기 엑스선 검출기를 구동시키는 구동부; 및
엑스선 검출 전압을 처리하는 데이터 처리부
를 포함하는 엑스선 시스템. - 제30항에 있어서,
상기 엑스선 시스템은 엑스선 회절 분석 장치(XRD)인 것을 특징으로 하는 엑스선 시스템. - 제30항에 있어서,
상기 엑스선 시스템은 비파괴 검사 장치인 것을 특징으로 하는 엑스선 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160127718A KR101766595B1 (ko) | 2016-10-04 | 2016-10-04 | 분할된 파장변환필터를 구비한 엑스선 검출기 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160127718A KR101766595B1 (ko) | 2016-10-04 | 2016-10-04 | 분할된 파장변환필터를 구비한 엑스선 검출기 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101766595B1 true KR101766595B1 (ko) | 2017-08-09 |
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|---|---|---|---|
| KR1020160127718A KR101766595B1 (ko) | 2016-10-04 | 2016-10-04 | 분할된 파장변환필터를 구비한 엑스선 검출기 |
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| KR (1) | KR101766595B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021221875A1 (en) * | 2020-04-28 | 2021-11-04 | Wisconsin Alumni Research Foundation | X-ray imaging device providing enhanced spatial resolution by energy encoding |
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| US5196702A (en) | 1987-10-21 | 1993-03-23 | Hitachi, Ltd. | Photo-sensor and method for operating the same |
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-
2016
- 2016-10-04 KR KR1020160127718A patent/KR101766595B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |