KR20150039272A

KR20150039272A - Ｘ선 검출기 및 ｘ선 검출기를 포함하는 ｃｔ 시스템

Info

Publication number: KR20150039272A
Application number: KR20130117587A
Authority: KR
Inventors: 제롬 크로코; 강지훈; 박성규; 오진환; 이상민; 조민국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-10

Abstract

X선 검출기 및 X선 검출기를 포함하는 CT 시스템이 개시된다. 개시된 X선 검출기는 반도체층의 양쪽에 각각 형성된 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함할 수 있으며, 캐소드 전극이 형성된 반도체의 제 1면은 애노드 전극이 형성된 반도체의 제 2면에 비해 광 조사에 따른 표면 포텐셜 값의 변화가 큰 면일 수 있다.

Description

Ｘ선 검출기 및 Ｘ선 검출기를 포함하는 ＣＴ 시스템{X-ray detector and Computed tomography system comprising the same}

본 개시는 X선 검출기(X-ray detector)에 관한 것으로, 상세하게는 X선 생성부로부터 발생하여 대상체를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출기 및 X선 검출기를 포함하는 CT 시스템에 관한 것이다.

최근 의료 기술이 발달함에 따라 생체 내부의 정보를 얻기 위한 다양한 방법이 개발되고 있으며, 특히 단층 촬영 장치가 널리 사용되고 있다. 단층 촬영 장치로 CT 시스템(Computed tomography system: 컴퓨터 단층촬영 시스템)을 들 수 있으며, 이는 대상체에 대해 여러 각도에서 투과시킨 X선을 측정하여, 대상체 단면에 대한 흡수치를 재구성하여 영상으로 나타내는 장치로서 의료 분야에서 널리 사용되고 있다. 일반적인 X선 촬영 사진은 대상체의 3차원 형상을 2차원의 필름에 나타내지만, CT 시스템은 선택한 단면의 3차원적인 모습을 나타낼 수 있다. 따라서, 일반적인 X선 촬영 사진으로 알아내기 힘든 여러 가지 사실들을 정확하게 진단할 수 있다. 이와 같은 CT 시스템은 대상을 비파괴적으로 안전하게 검사할 수 있다는 장점이 있기 때문에 의료 분야 뿐만 아니라, 산업 분야에서도 대상의 내부 형상이나 밀도 등을 알기 위하여 널리 이용되고 있다.

X선을 이용한 진단 장비들과 관련하여, 대상체의 진단 영상의 획득 시간 단축 및 대상체에 대한 피선폭량을 줄이기 위한 연구가 진행중이다. 특히 CT 시스템에 사용되는 X선 검출기는 X선 발생부로부터 발생하여 대상체를 투과한 X선을 검출할 수 있는 것으로, 낮은 누설전류(low leakage current)와 높은 신호대 잡음비(signal to noise ratio)를 지닌 물질층을 포함할 수 있다.

본 발명의 일측면에서는 X선 검출기를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에서는 X선 검출기를 포함하는 CT 시스템을 제공한다.

개시된 실시예에서는,

반도체층;

상기 반도체층의 제 1면에 형성된 캐소드 전극; 및

상기 반도체층의 제 2면에 형성된 애노드 전극;을 포함하며,

상기 제 1면은 상기 제 2면보다 광 조사에 따른 표면 포텐셜 값의 변화가 큰 면인 X선 검출기를 제공할 수 있다.

상기 반도체층은 II 및 VI족 물질을 포함하거나, III 및 IV 족 물질들을 포함하여 형성된 것일 수 있다.

상기 반도체층은 CdTe 또는 CZT(Cd-Zn-Te)를 포함하여 형성된 것일 수 있다.

상기 제 1면은 상기 제 2면에 비해 전자 친화도가 낮은 면일 수 있다.

상기 제 1면은 상기 제 2면에 비해 광 조사에 따른 SPV(surface photo-voltage spectroscopy) 신호의 변화가 큰 면일 수 있다.

상기 X선 검출기가 다수개가 배열된 어레이 구조를 지닌 X선 검출기 어레이를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 CT 시스템에 있어서,

갠트리부와 상기 갠트리부의 개구 영역으로 대상체를 이동시킬 수 있는 테이블을 포함하며, 상기 갠트리부는,

반도체층;

상기 반도체층의 제 1면에 형성된 캐소드 전극; 및

상기 반도체층의 제 2면에 형성된 애노드 전극;을 포함하며,

상기 제 1면은 상기 제 2면보다 광 조사에 따른 표면 포텐셜 값의 변화가 큰 면인 X선 검출기를 포함하는 CT 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 반도체층의 제 1면 및 제 2면의 물성에 따라 적절한 면을 선택하여 형성된 전극부를 포함하여 누설 전류 및 신호대 잡음비 특성이 우수한 X선 검출기를 제공할 수 있다.

또한, X선 검출을 위한 분해능(resolution)이 향상된 X선 검출기를 제공함으로써, 피검자의 피선폭량을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기를 구비한 CT 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기를 포함하는 CT 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기를 구비한 CT 시스템의 갠트리부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기 유닛의 다층 구조를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기 어레이를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기의 반도체층의 캐소드 및 애노드 전극 형성면을 결정하는 방법을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기 및 이를 포함하는 CT 시스템에 대해 설명하고자 한다. 참고로, 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 동일한 명칭을 지닌 구성 요소들은 동일한 물질로 형성된 것일 수 있다. 도면 상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기를 구비한 CT 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 X선 검출기를 구비한 CT 시스템(100)은 그 중심부에 원통형의 개구 영역(120)을 지닌 갠트리부(gantry)(110), 갠트리부(110)의 개구 영역(bore)(120)으로 검사 대상인 대상체(object)(140)를 이동시킬 수 있는 테이블(130)을 포함할 수 있다. 갠트리부(110)는 X선 생성부 및 X선 검출부를 포함할 수 있다. 대상체(140)는 테이블(130) 상에 위치될 수 있다. 테이블(130)은 CT 촬영 과정에서 소정의 방향, 예를 들어 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 테이블(130)은 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 기울어질 수 있거나(tilting) 또는 회전(rotating)될 수 있다. 그리고, 갠트리(110)도 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 기울어질 수 있다.

대상체(140)는 사람, 동물이나 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체(140)는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, 대상체(140)는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 근사한 부피를 갖는 물질을 의미할 수 있으며, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기를 포함하는 CT 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 1 및 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CT 장치(100)는 갠트리부(110), 테이블(130), 제어부(1118), 저장부(1124), 이미지 재구성부(1126), 입력부(1128), 디스플레이부(1130) 및 통신부(1132)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 대상체(140)는 테이블(130) 상에 안착될 수 있으며, 테이블(130)은 제어부(1118)에 의해 그 움직임이 제어되어 소정의 방향, 예컨대, 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향으로 이동 가능하다.

갠트리부(110)는 회전 프레임(1104), X선 생성부(11), 시준기(collimator)(12), X선 검출부(13), 회전 구동부(112), 데이터 획득 회로(116) 및 데이터 송신부(1120)을 포함할 수 있다. 갠트리부(110)는 소정의 회전축(RA; Rotation Axis)에 기초하여 회전 가능한 고리 형태의 회전 프레임(1104)을 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(1104)는 디스크의 형태일 수도 있다. 회전 프레임(1104)은 소정의 시야 범위(FOV; Field Of View)를 갖도록 각각 대향하여 배치된 X선 생성부(11) 및 X선 검출부(13)를 포함할 수 있다.

또한, 회전 프레임(1104)은 산란 방지 그리드(anti-scatter grid)(114)를 포함할 수 있다. 산란 방지 그리드(114)는 X선 생성부(11) 및 X선 검출부(13) 사이에 위치할 수 있다. 의료용 영상 시스템에 있어서, X선 검출부(13)(또는 감광성 필름)에 도달하는 X선에는, 유용한 이미지를 형성하는 감쇠된 주 방사선(attenuated primary radiation) 뿐만 아니라 이미지의 품질을 떨어뜨리는 산란 방사선(scattered radiation) 등이 포함될 수 있다. 주 방사선은 대부분 투과시키고 산란 방사선은 감쇠시키기 위해, 대상체(140)와 X선 검출부(13)(또는 감광성 필름) 사이에 산란 방지 그리드(114)를 위치시킬 수 있다.

산란 방지 그리드(114)는, 예를 들어, 납 박편의 스트립(strips of lead foil)과, 중공이 없는 폴리머 물질(solid polymer material)이나 중공이 없는 폴리머(solid polymer) 및 섬유 합성 물질(fiber composite material) 등의 공간 충전 물질(interspace material)을 교대로 적층한 형태로 구성될 수 있다. 그러나, 산란 방지 그리드(114)의 형태는 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

회전 프레임(1104)은 회전 구동부(112)로부터 구동 신호를 수신하고, X선 생성부(11)와 X선 검출부(13)를 소정의 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 회전 프레임(1104)은 예를 들어, 슬립 링을 통하여 접촉 방식으로 회전 구동부(112)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다. 또한, 회전 프레임(1104)은 무선 통신을 통하여 회전 구동부(112)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다.

X선 생성부(11)는 예를 들어, 파워 분배부(PDU; Power Distribution Unit)에서 슬립 링을 거쳐 고전압 생성부를 통하여 전압, 전류를 인가 받아 X선을 생성하여 방출할 수 있다. 고전압 생성부가 소정의 전압을 인가할 때, X선 생성부(11)는 이러한 전압에 상응하게 복수의 에너지 스펙트럼을 갖는 엑스선들을 생성할 수 있다. X선 생성부(11)에 의하여 생성되는 X선은, 시준기(collimator)(12)에 의하여 소정의 형태로 방출될 수 있다. 이에 대해 도 2b를 참조하여 설명한다.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기를 구비한 CT 시스템의 갠트리부(110)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1, 도 2b를 참조하면, 갠트리부(110)는 X선을 발생시킬 수 있는 X선 생성부(11), X선 생성부(11) 내측에 형성되며 X선 생성부(11)에서 생성된 X선의 조사 영역을 한정하는 시준기(12a, 12b)를 포함할 수 있다. 그리고, 갠트리부(110)는 X선 생성부(11)에서 조사된 X선(L)을 검출할 수 있는 X선 검출부(X-ray detector)(13)를 포함할 수 있다. X선 검출부(13)는 갠트리부(110) 내에 X선 생성부(11)와 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 대상체(140)는 테이블(130) 상에 안착되어 갠트리부(110)의 개구 영역(120) 내로 이동할 수 있다. X선 생성부(11)에서 생성된 X선(L)이 시준기(12a, 12b)를 통하여 대상체(140)에 조사될 수 있으며, 대상체(140)를 투과한 X선(L)은 X선 검출부(13)에 의하여 검출되어 대상체(140)의 상태 정보를 얻을 수 있다.

X선 생성부(11)는 다양한 형태의 X선 발생 구조체를 포함하도록 형성시킬 수 있으며, 다수의 전자 방출원을 포함할 수 있다. 예를 들어, X선 생성부(11)는 전자를 방출시킬 수 있는 전자 방출원과 방출된 전자의 충돌에 의해 엑스선을 방출시킬 수 있는 것으로, 전도성 물질로 형성된 전극부를 포함할 수 있다. 전자 방출원은 전자를 방출할 수 있는 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 금속, 실리콘, 산화물, 다이아몬드, DLC(diamond like carbon), 탄소 화합물, 질소 화합물, 탄소 나노 튜브 등으로 형성될 수 있다. X선 생성부(11)는 링 형상(ring type)으로 형성된 다수의 전자 방출원을 포함하여 형성될 수 있다. X선 생성부(11)는 갠트리부(110) 구동 시 그 위치를 일부 변경할 수 있으나, 회전하지 않도록 고정되어 배치될 수 있다. 또한, X선 생성부(11)는 전자총(electron gun)이 갠트리부(110)의 개구 영역(120) 방향으로 X선을 조사할 수 있도록 배열되어 구성된 것일 수 있으며, X선을 발생시킬 수 있는 것이면 제한 없이 이용할 수 있다.

시준기(12a, 12b)는 갠트리부(110)의 X선 생성부(11)의 내측에 형성될 수 있으며, X선 생성부(11)의 내측 형상에 따라 링형태로 형성될 수 있다. 시준기(12a, 12b)는 X선 생성부(11)에서 방사되는 X선 중 관심 영역 이외의 공간으로 방사되는 X선을 차단할 수 있다. 시준기(12a, 12b)는 X선 생성부(11)에서 갠트리부(110)의 개구 영역(120) 방향으로 조사되는 X선의 조사 영역을 한정할 수 있도록 다수의 슬릿(slit)을 지닐 수 있다. 시준기(12a, 12b)에 형성된 다수의 슬릿의 폭은 조절될 수 있다. 시준기(12a, 12b)는 갠트리부(110)의 구동 시, 대상체(140) 주위를 회전할 수 있다.

X선 검출부(13)는 X선 생성부(11)에서 방사되는 X선이 시준기(12a, 12b)를 통하여 대상체(140)를 투과한 X선(L)을 검출할 수 있도록 하나 또는 그 이상의 복수의 X선 검출기 유닛들을 포함할 수 있으며, X선 검출기 유닛들이 어레이 구조로 형성될 수 있다. X선 검출기 유닛은 단일 채널을 형성할 수 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. X선 검출부(13)는 반도체층 및 전극을 포함하는 다층 구조를 포함할 수 있다. X선 검출부(13)는 X선 발생부(11)의 측부에 X선 발생부(11)와 같은 링형상으로 형성될 수 있다. 그리고, X선 검출부(13)는 갠트리부(110)가 구동하는 경우 그 위치를 일부 변경할 수 있으나, 회전하지 않도록 고정되어 배치될 수 있다. X선 검출부(13)는 X선 생성부(11)로부터 생성되고 대상체(140)를 통하여 전송된 엑스선을 감지하고, 감지된 엑스선의 강도에 상응하게 전기 신호를 생성할 수 있다.

다시 도 2a를 참조하면, X선 검출부(13)는 데이터 획득 회로(DAS; Data Acquisitino System)(116)와 연결될 수 있다. X선 검출부(13)에 의하여 생성된 전기 신호는 DAS(116)에서 수집될 수 있다. X선 검출부(13)에 의하여 생성된 전기 신호는 유선 또는 무선으로 DAS(116)에서 수집될 수 있다. 또한, X선 검출부(13)에 의하여 생성된 전기 신호는 예를 들어 증폭기를 거쳐 아날로그/디지털 컨버터로 제공될 수 있다. 슬라이스 두께(slice thickness)나 슬라이스 개수에 따라 X선 검출부(13)로부터 수집된 일부 데이터만이 이미지 재구성부(1126)에 제공될 수 있고, 또는 이미지 재구성부(1126)에서 일부 데이터만을 선택할 수 있다. 이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(1120)를 통하여 이미지 재구성부(1126)로 제공될 수 있다. 이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(1120)를 통하여 유선 또는 무선으로 이미지 재구성부(1126)로 송신될 수 있다.

제어부(1118)는 CT 시스템(100)의 각각의 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1118)는 테이블(1130), 시준기(12) 회전 구동부(112), DAS(116), 저장부(1124), 이미지 재구성부(1126), 입력부(1128), 디스플레이부(1130), 통신부(1132) 등의 동작들을 제어할 수 있다.

이미지 재구성부(1126)는 DAS(116)로부터 획득된 데이터(예컨대, 가공 전 순수(pure) 데이터)를 데이터 송신부(1120)을 통하여 수신하여, 전처리(pre-processing)하는 과정을 수행할 수 있다. 전처리는, 예를 들면, 채널들 사이의 감도 불균일 정정 프로세스, 신호 세기의 급격한 감소 또는 금속 같은 엑스선 흡수재로 인한 신호의 유실 정정 프로세스 등을 포함할 수 있다. 이미지 재구성부(1126)의 출력 데이터는 로(raw) 데이터 또는 프로젝션(projection) 데이터로 지칭될 수 있다. 이러한 프로젝션 데이터는 데이터 획득 시의 촬영 조건(예컨대, 튜브 전압, 촬영 각도 등)등과 함께 저장부(1124)에 저장될 수 있다. 프로젝션 데이터는 대상체를 통과한 X선의 세기에 상응하는 데이터 값의 집합일 수 있다.

저장부(1124)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

또한, 이미지 재구성부(1126)는 획득된 투영 데이터 세트를 이용하여 대상체에 대한 단면 이미지를 재구성할 수 있다. 이러한 단면 이미지는 3차원 이미지일 수 있다. 다시 말해서, 이미지 재구성부(1126)는 획득된 투영 데이터 세트에 기초하여 콘 빔 재구성(cone beam reconstruction) 방법 등을 이용하여 대상체에 대한 3차원 이미지를 생성할 수 있다.

입력부(1128)를 통하여 X선 단층 촬영 조건, 이미지 처리 조건 등에 대한 외부 입력이 수신될 수 있다. 예를 들면, 엑스선 단층 촬영 조건은, 복수의 튜브 전압, 복수의 엑스선들의 에너지 값 설정, 촬영 프로토콜 선택, 이미지 재구성 방법 선택, FOV 영역 설정, 슬라이스 개수, 슬라이스 두께(slice thickness), 이미지 후처리 파라미터 설정 등을 포함할 수 있다. 또한 이미지 처리 조건은 이미지의 해상도, 이미지에 대한 감쇠 계수 설정, 이미지의 조합비율 설정 등을 포함할 수 있다. 입력부(1128)는 외부로부터 소정의 입력을 인가 받기 위한 디바이스 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 입력부(1128)는 마이크로폰, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 패드, 터치팬, 음성, 제스처 인식장치 등을 포함할 수 있다.

디스플레이부(1130)는 이미지 재구성부(1126)에 의해 재구성된 이미지를 디스플레이할 수 있다.

전술한 엘리먼트들 사이의 데이터, 파워 등의 송수신은 유선, 무선 및 광통신 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.

통신부(1132)는 서버(1134) 등을 통하여 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기 유닛의 다층 구조를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기 어레이를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2a, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, X선 검출부(13)는 다수의 X선 검출기 유닛(13a)들을 포함하는 어레이 구조로 형성될 수 있다. X선 검출기 유닛(13a)은 반도체층(21)과 반도체층(21)의 제 1면에 형성된 캐소드 전극(cathode electrode)(23)과 반도체층(21)의 제 2면에 형성된 애노드 전극(anode electrode)(23)을 포함할 수 있다. 여기서 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면은 서로 대향된 면일 수 있으며, 예를 들어 반도체층(21)의 제 1면은 반도체층(21)의 상면이며, 제 2면은 반도체층(21)의 하면일 수 있으며 그 반대일 수 있다. 이러한 검출기 다수의 유닛(13a)들이 도 3b와 같이 지지체 상에 다수개 형성되어 X선 검출기 어레이를 구성할 수 있다.

반도체층(21)은 II 및 VI족 물질을 포함하거나, III 및 IV 족 물질들을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어 반도체층(21)은 카드늄(cadmium) 및 테룰라이드(telluride)를 포함하는 CdTe물질을 포함할 수 있으며, 반도체층(21)은 카드늄(cadmium) 및 테룰라이드(telluride)에 아연(Zinc)를 더 포함하는 화합물 반도체인 CZT(Cd-Zn-Te)를 포함할 수 있다. 그리고, 반도체층(21)은 TlBr, HgI₂ 등의 물질을 포함할 수 있다. 반도체층(21)은 p형 또는 n형 물질을 더 포함할 수 있다.

애노드 전극(22) 및 캐소드 전극(23)은 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금속, 합금, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 금속 질화물로 형성될 수 있다. 캐소드 전극(23)은 X선 생성부(11)로부터 생성되어 X선 검출부(13)로 조사되는 X선(L)을 직접 받아들이는 영역일 수 있다. 반도체층(21)의 제 1면 또는 제 2면 중 어느 면에 캐소드 전극(23)을 형성할지 여부에 따라 X선 검출기 유닛(13a)의 성능이 차이가 날 수 있다. 상술한 바와 같이 반도체층(21)은 예를 들어 CdTe와 같은 2원계 물질로 형성될 수 있으며, 또한 CZT와 같은 3원계 물질로 형성될 수 있다. 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면의 물성은 서로 다를 수 있으며, 예를 들어 반도체층(21)의 제 1면과 제 2면의 성분 조성의 차이가 있을 수 있으며, 반도체층(21)이 CZT로 형성된 경우 제 1면은 Cd가 조성비가 제 2면보다 높을 수 있으며, Te의 조성비는 제 2면보다 낮을 수 있으며 그 반대일 수 있다. 그리고, 반도체층(21)의 제 1면과 제 2면의 결함(defect)의 밀도에 차이에 의한 물성의 차이가 있을 수 있다. 이에 따라 조사되는 X선에 대한 검출 신호의 차이가 나타날 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출부에서는 반도체층(21)의 제 1면과 제 2면 중 캐소드 전극(23)이 형성되기 보다 적합한 면을 검출하여 캐소드 전극(23) 형성 면을 결정하는 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 X선 검출부의 형성 방법은 다음과 같다.

먼저, 반도체층(21)을 형성한다. 그리고, 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면의 물성을 조사하여 캐소드 전극(23)을 형성하기 적합한 면을 결정한다. 다음으로 캐소드 전극(23)을 형성하기 적합한 면에 캐소드 전극(23)을 형성하고 다른 면에 애노드 전극(22)을 형성한다.

반도체층(21)은 CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition) 또는 ALD(atomic layer deposition) 등의 공정을 이용하여 형성시킬 수 있으며 제한은 없다. 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면의 물성을 조사하기 위하여 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 SPV법(surface photo-voltage spectroscopy:표면 광전압 분광법)을 이용하여 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면의 물성을 조사할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출부의 반도체층의 캐소드 및 애노드 전극 형성면을 결정하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하면, 단색의 FM광(monochromatic frequency modulated light)을 조사할 수 있는 광소스(211)를 통하여 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면에 광(B1, B2)을 조사할 수 있다. 광소스(211)로 부터 방출된 광은 빔 스플리터(beam splitter)(212)를 이용하여 분리시킨 뒤, 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면에 각각 조사할 수 있다. 선택적으로 광소스(211)를 2개 이상 사용하여 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면에 단색의 FM광을 조사할 수 있다. 광소스(211)로부터 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면에 각각 조사된 광(B1, B2)에 의하여 광자가 광전기 흡수(photoelectron absorption)에 의하여 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면을 통하여 흡수될 수 있다. 광(B1, B2) 조사를 통하여 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면에서의 캐리어(carriers)들의 밀도의 변화가 발생할 수 있다. 광소스(211)로부터의 광(B1, B2) 조사를 중단하는 경우, 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면에 주입된 캐리어들은 재결합(recombination) 등의 과정을 거치며 제 1면 및 제 2면의 표면 포텐셜(surface potential)은 평행상태(equilibrium state)로 복귀하게 된다.

도 3a 내지 도 5를 참조하면, 반도체층(21)의 제 1면에 인접하여 위치한 제 1프로브(213a) 및 제 2면에 인접하여 위치한 제 2프로브(213b)를 통하여 각각 제 1면 및 제 2면의 표면 포텐셜 변화를 측정하여 CPU(215)에서 비교할 수 있다. 선택적으로 증폭기(214a, 214b)를 이용하여 제 1프로브(213a) 및 제 2프로브(213b)의 SPV 신호를 증폭할 수 있다. 광(B1, B2) 조사에 따른 표면 포텐셜 차이가 큰 경우 SPV 신호의 변화가 크며, 이는 반도체층(21) 표면에 입사하는 포톤의 흡수가 잘되는 것을 의미한다. 반대로 반도체층(21) 표면에 입사하는 포톤의 흡수율이 낮은 경우, SPV 신호의 변화가 작게된다. 결과적으로 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면의 표면 포텐셜 변화 값의 비교하여 표면 포텐셜 변화값이 큰 면에 캐소드 전극(23)을 형성할 수 있으며, 표면 포텐셜 변화값이 작은 면에 애노드 전극(22)을 형성할 수 있다. 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면 중 X선 조사에 따른 표면 포텐셜 변화가 큰 면에 캐소드 전극(23)을 형성할 수 있으며, 제 1면 및 제 2면 중 X선 조사에 따른 표면 포텐셜 변화가 작은 면에 애노드 전극(22)을 형성할 수 있다.

또한, 반도체층(21)의 제 1면 또는 제 2면 중 전자가 부족(deficiency)한 경우, 전자 친화도(electron affinity)가 증가하며 표면 포텐셜이 감소할 수 있다. 그리고, 반도체층(21)의 제 1면 또는 제 2면 중 전자가 과다(excess)한 경우, 전자 친화도(electron affinity)가 감소하여 표면 포텐셜이 증가할 수 있다. 따라서, 반도체층(21)의 제 1면 또는 제 2면 중 전자 친화도가 낮은 면에 캐소드 전극(23)을 형성하고, 전자 친화도가 높은 면에 애노드 전극(22)을 형성할 수 있다. 도 3의 도면에 나타낸 구조의 예를 들면, 반도체층(21)의 제 2면은 캐소드 전극(23)이 형성되어 있으며, 애노드 전극(22)이 형성된 제 1면에 비하여 광(X선) 조사에 따라 표면 표텐셜 변화가 크며, 전자 친화도가 낮을 수 있다.

상술한 바와 같이 반도체층(21)의 제 1면 및 제 2면의 표면 포텐셜을 비교하여 표면 포텐셜 변화가 큰 면, 예를 들어 제 1면에 캐소드 전극(23)을 형성할 수 있으며, 표면 포텐셜 변화가 작은 면, 예를 들어 제 2면에 애노드 전극(22)을 형성할 수 있다. 캐소드 전극(23) 및 애노드 전극(22)은 반도체층(21)을 형성하는 물질과 일함수(work function)의 차이가 20% 내인 물질로 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기에 따르면 반도체층의 제 1면 및 제 2면의 물성에 따라 적절한 면을 선택하여 X선을 받아들이는 캐소드 전극을 형성함으로써, 누설 전류 및 신호대 잡음비 특성이 우수한 X선 검출기를 형성할 수 있다. 또한, X선 검출을 위한 분해능(resolution)이 향상된 X선 검출기를 제공함으로써, 피검자의 피선폭량을 감소시킬 수 있다.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 X선 검출기에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 X선 검출기는 CT 시스템 뿐만 아니라, X선을 사용하는 다양한 시스템에 적용될 수 있다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 내용에 국한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100: CT 시스템, 11: X선 발생부
12a, 12b: 시준기, 13: X선 검출부
13a: X선 검출기 유닛, 110: 갠트리부
112: 회전 구동부 116: DAS
120: 개구 영역, 130: 테이블
140: 대상체 1118: 제어부
1124: 저장부 1126: 이미지 재구성부
1128: 입력부 1130: 디스플레이부
1132: 통신부 21: 반도체층
22: 애노드 전극, 23: 캐소드 전극
L: X선

Claims

반도체층;
상기 반도체층의 제 1면에 형성된 캐소드 전극; 및
상기 반도체층의 제 2면에 형성된 애노드 전극;을 포함하며,
상기 제 1면은 상기 제 2면보다 광 조사에 따른 표면 포텐셜 값의 변화가 큰 면인 X선 검출기.
제 1항에 있어서,
상기 반도체층은 II 및 VI족 물질을 포함하거나, III 및 IV 족 물질들을 포함하여 형성된 X선 검출기.
제 1항에 있어서,
상기 반도체층은 CdTe 또는 CZT(Cd-Zn-Te)를 포함하여 형성된 X선 검출기.
제 1항에 있어서,
상기 제 1면은 상기 제 2면에 비해 전자 친화도가 낮은 면인 X선 검출기.
제 1항에 있어서,
상기 제 1면은 상기 제 2면에 비해 광 조사에 따른 SPV(surface photo-voltage spectroscopy) 신호의 변화가 큰 면인 X선 검출기.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 X선 검출기가 다수개가 배열된 어레이 구조를 지닌 X선 검출기 어레이.
CT 시스템에 있어서,
갠트리부와 상기 갠트리부의 개구 영역으로 대상체를 이동시킬 수 있는 테이블을 포함하며, 상기 갠트리부는,
반도체층;
상기 반도체층의 제 1면에 형성된 캐소드 전극; 및
상기 반도체층의 제 2면에 형성된 애노드 전극;을 포함하며,
상기 제 1면은 상기 제 2면보다 광 조사에 따른 표면 포텐셜 값의 변화가 큰 면인 X선 검출기를 포함하는 CT 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 제 1면은 상기 제 2면에 비해 전자 친화도가 낮은 면인 CT 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 제 1면은 상기 제 2면에 비해 광 조사에 따른 SPV(surface photo-voltage spectroscopy) 신호의 변화가 큰 면인 CT 시스템.
제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 X선 검출기가 다수개가 배열된 어레이 구조를 지닌 CT 시스템.