KR920001114B1 - 반도체 방사선 위치 검출장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

반도체 방사선 위치 검출장치
제1a도는 본 발명의 실시예에 관한 전체회로의 구성을 나타내는 준(Semi)블록선도.
제1b도는 제1a도의 일부 상세도로서, 열 및 행의 증폭기와 접속관계를 나타내는 상기 실시예의 방사선 검출기에 각각 형성되는 버퍼회로.
제2도는 상기 실시예에 관한 분해사시도.
제3a도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 전체회로의 구성을 나타내는 준(Semi)블록선도.
제3b도는 제3a도에 나타난 실시예의 사용되는 버퍼회로.
제3c도는 제3a도에 나타난 실시예에 사용되는 변형된 버퍼회로.
제4도는 종래 방사선 위치 검출장치를 나타내는 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체기판 2 : 공통전극
3 : 회로기판 4 , 5 , 6 , 7 , 8 : 저항기
9 , 9a : 전류미터회로 Aj , Bi : 증폭기
Cij , Lij , Mij : 버퍼회로 Dij : 방사선센서소자
본 발명은 화소동의 2차원 배열을 가지는 방사선센서로 구성된 방사선 수신평면을 가진 반도체 방사선 위치 검출장치에 관한 것으로서, 특히 그 신호잡음비를 개량한 반도체 방사선위치 검출장치에 관한 것이다.
어레이 센서형 방사선위치 검출장치는, 제4도에 도시된 바와같이, 1㎟보다 작은 방사선 수신면적을 가진 복수개의 고감도 방사선센서소자(Dij)(i : 1,2,…m, 그리고 j : 1,2,…n)로 구성되어 있는 영상수신평면을 가지고 있다. 상기 복수개의 소형센서소자(Dij)는 30㎠ 정도의 전면적을 필요로 하는 m×n개의 센서소자 행렬을 형성할 수 있도록 조밀하게 배열되어 있다. 센서소자는 각각 전극으로서 금속층을 가지는 양면에 도금되어 있는 편평한 반도체칩으로 구성되어 있다. 반도체칩은 CdTe, HgI2등의 화합물 반도체이다.
반도체칩과 양쪽 전극사이의 각 접촉부에 방사선에 반응하는 다이오드층이 형성되어 있다. 제4도에 도시된 바와같이 (m×n)개의 센서소자 행렬에서 n개의 각 열마다 정렬되어 있는 m개로 이루어진 방사선센서소자의 상부전극은 공통으로 접속되어 이에 대응하는 증폭기(Aj)마다 접속되어 있으며, 또한(m×n)개의 센서소자행렬에서 m개의 각 행마다 정렬되어 있는 n개로 이루어진 방사선센서소자의 하부전극은 공통으로 접속되어 이에 대응하는 커패시터(Ci)마다 접속되어 있다. 또한, 상기 커패시터(Ci)를 통하여 각각 증폭기(Bi)에 접속되어 있다.
고저항을 통하여 고압전원(H,V)을 공급하여 바이어스전압이 방사선센서소자에 공급되고, 커패시터(Ci)는 상기 바이어스전압으로부터 증폭기(Bi)를 보호할 수 있다. 따라서, 이와같이 형성된 증폭기를 가지고, 특정의 방사선센서소자(Dij)에 입사하는 방사선광자로 인하여 열의 증폭기(Aj)와 행의 증폭기(Bi)는 출력펄스신호를 각각 출력한다. 다시 말하면, 특정한 두 개의 증폭기(Aj) 및 (Bi)로 부터 나오는 출력의 조합은 방사선 광자에 의해 조사되는 방사선센서소자를 결정한다. 그러나, 둘이상의 광자는 공통의 열의 증폭기(Aj) 또는 행의 증폭기(Bj)에 입력되는 출력을 가지는 (j)열의 센서소자(D1j,…,Dij,…,Dmj) 또는 (i)행의 센서소자(Di1,…,Dij,…,Din)을 동시에 조사할때에, 즉 증폭기(Aj), (Bi)중 한 개의 증폭기 또는 모든 증폭기가 한 개의 광자에 대응하는 것보다 큰 신호를 출력할때에, 동시에 조사된 다른 센서소자는 서로 구별 할수 없게 된다. 이 경우에 있어서, 증폭기(Aj) 및 (Bi)로 부터 나오는 출력은 무시되므로 화소신호로서 사용할 수 없다.
상기 방사선수신 장치에서, 증폭기는 각각 전계효과 트랜지스터를 사용한 전하 증폭형 프리앰프로 구성되는 입력단계를 가지고 있다. 전하 증폭형 프리앰프의 출력잡음은 증폭기의 입력측 커패시턴스(C)의 제곱값인(C2)에 비례하여 증가되는 것이 공지되어 있다. 일반적으로 C
Figure kpo00002
10pF에서 잡음은 출력을 방해한다.
커패시턴스(C)는 증폭기에 대한 신호원의 출력측 커패시턴스와 동일하게 고려되어야 하므로, 이 경우에 있어서, 증폭기(Aj), (Bi)는 각각 (n)개 또는 (m)개의방사선센서소자와 병렬로 접속되는 입력을 가지고 있으며, (Aj) 및 (Bi)의 입력측 커패시턴스는 각각 (nCd) 및 (mCd)이며, 여기에서 (Cd)는 한 개의 방사선센서소자(Dij) (및 그 배선)와 관계되는 커패시턴스이다.
따라서, 열 및 행의 증폭기(Aj), (Bi)에 입력되는 잡음력은 각각(nCd)2및 (mCd)2이 된다. 이 수단은 화소를 구성하는 방사선센서소자의 개수의 제곱에 비례하여 증가한다. 또한, 고입력 임피이던스를 가지는, 센서와 증폭기간의 긴 배선에 기인하여 증폭기가 외부 잡음을 쉽게 포착하게 된다.
본 발명의 목적은 종래의 어레이 센서소자형 방사선위치 검출장치에 수반되는 문제점을 배제하기 위하여 신호대 잡음비(S/N비)의 저하가, 방사선 수상평면에 형성된방사선센서소자의 개수에 제곱이 아닌, 그 개수에 비례하여 억제되도록 개량된 신규한 어레이 센서소자 방사선위치 검출장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 신호대 잡음비를 개량하기 위하여 측정에 기인하여 감도감소가 가능한 한 전혀없는 개량된 방사선위치 검출장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른, 방사선센서소자는, 센서소자로 부터 나오는 출력신호를 이에 대응하는 열 및 행의 증폭기에 입력하는 각각의 출력버퍼회로를 수반한다. 버퍼회로는 각각 방사선센서소자에 각각 형성되는 상기 버퍼회로는 증폭기의 입력 단계에서부터 방사선센서소자의 출력과 이에 대응하는 증폭기의 입력에 각각 접속되는 게이트 및 드레인을 가지는 산화금속 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 구성되는 것이 바람직하다. 방사선센서소자의 출력측 커패시턴스를 격리하는 효과를 가지고 있으므로, 증폭기의 입력측의 병렬 커패시턴스가 방사선 센서의 출력측 커패시턴스의 영향을 받지 않도록 한다. 따라서, 각 증폭기의 출력단계에서의 잡음력은, 그 증폭기에 공통으로 입력되는 출력신호를 가지는 방사선센서소자의 개수를 승산하고 한개의 센서소자의 출력측 커패시턴스(Cd)를 제곱한 (Cd)2에 따라 선형적으로 감소된다. 상기방사선 센서소자가 (m×n)개의 센소소자 행렬로 구성된다고 가정하면, 상기방사선센서소자의 개수, m개의 행에 있는 증폭기 중 한개의 행에 있는 증폭기에 대하여 n개가 되며, n개의 열에 있는 증폭기중 한 개의 열에 있는 증폭기에 대하여 m개가 된다. 그러나, 방사선센서소자는 각각, 제4도에 도시한 바와 같이, 반도체 주요부와 상부 및 하부면에 도금된 두개의 전극사이에 형성된 두개의 다이오드로 구성하지 않고, 반도체 주요부와 그 반도체 주요부의 한쪽(예를들면, 상부면)에 도금된 금속사이에 형성된 단일의 다이오드로 구성함으로써, 센서소자의 출력신호는 열의 증폭기와 행의 증폭기에 모두 분기되므로, 버퍼회로의 출력을 ½로 감소시키는 결과가 된다.
본 발명에 따라서, 열의 증폭기용 출력단자와 행의 증폭기용 출력단자로 이루어진 두개의 출력단자를 가지는 전류 미러회로(Current mirror Circuit)를 버퍼회로에 상호 결합시킴으로써 상시 감도감소를 극복할 수 있다. 모든 경우에 본 발명은 제4도에 도시된 종래 장치의 경우에 있어서 예상되는 잡음력(nCd)2및 (mCd)2이 1/n 및 1/m배로 감소한 잡음력(nCd)2및 (mCd)2으로 되므로 열 및 행에 있는 증폭기의 잡음력을 각각 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예의 분해 사시도를 도시하는 제2도를 참조하면서, 1㎟보다 작은 치수를 가지는 복수개의 작은 금속전극(Eij) (i : 1,2,…,m 그리고 j : 1,2…n)은, 약 1000㎠의 면적을 공통반도체기판(1)에 조밀하게 도금되어(m×n)개의 전극행렬을 구성하고 있다. 그 반도체기판에 도금된 전극을 가지고, 반도체기판과 함께 전극(Eij)의 접촉면적에 방사선센서소자(Dij)로서 작용하는 다이오우드층이 형성된다. 상기와 같이 형성된 다이오우드로 구성된 방사선센서소자(Dij)는 제2도에는 명확히 도시되어 있지 않지만, 제1a도 및 제1b도에서는 통상의 다이오우드 표시로 도시되어 있다.
또한, 반도체기판(1)의 하부면은 공통전극(2)으로 도금되어 있다. 전극(Eij), 반도체기판(1) 및 공통전극(2)은 이와같이 방사선센서소자(Dij)의 (m×n)개의 행렬을 형성한다. 이 센서소자 행렬은 (m×n)개의 버퍼회로(Cij) (제2도에는 도시되어 있지 않지만, 제1a도 및 제1b도를 참조하면서 후술한다.)를 센서소자 행렬상에 있는 회로기판(3)을 구비하고 있으며, 상기 센서소자 행렬은 각각 방사선센서소자(Dij) (전극(Eij)아래에 가려져 있다)그리고 n열의 증폭기(Aj) 및 m행의 증폭기(Bi)사이에 형성되어 있다.
상술한 바와같은 외관과 함께, 본 실시예는 상술한 버퍼회로(Cij) 및 증폭기(Aj), (Bi)로 구성된 그 전자회로를 가지고 있다. 본 실시예의 전체회로 구성을 예시하는 제1a도에 도시된 바와같이, 버퍼회로(Cij)는 다이오우드 표시에 의해 표시되는 방사선센서소자(Dij)와 일대일로 대응하여 형성되어 있으며, 그 출력은 센서소자 행렬의 열 및 행에 대하여 그룹을 형성하고, 이에 각각 대응하는 열 및 행의 증폭기(Aj) 및 (Bi)에 입력된다. 버퍼회로의 상세도가 전형적인 회로요소(Cij)와 함께 제1b도에 나타나 있다. 제1a도 및 제1b도에서, 방사선센서소자를 나타내는 다이오우드(Dij)는 각각 저항기(4), 분기되어 잇는 두개의 저항기(5) 및 (6)과, 이에 대응하는 열의 증폭기(Aj) 및 행의 증폭기(B)의 부하 저항기(7) 및 (8)을 통하여 역으로 바이어스 전압이 걸리므로, 다이오우드(Dij)의 음극전위는 영 볼트를 정확히 유지할 수 있다. 이와 같이 바이어스가 걸린 다이오우드(Dij)를 가지고, 역방향으로 다이오우드(Dij)에 흐르는 전류는, 방사선을 조사할 때에, 상기 저항기(5) 및 (6) (피이드백 저항기)를 통과하므로, 증폭기(Aj), (Bi)가 다이오우드(Dij)로부터 화소신호에 대응하는 각 펄스신호를 출력시킨다.
방사선 신호를 검출하는 상기 과정에서, 모든 열의 증폭기(Aj) 및 행의 증폭기(Bi)는 각각의 버퍼회로(Cij)에 의해 다이오우드(Dij)로부터 차단된다. 따라서, 열의 증폭기(Aj) 및 행의 증폭기(Bi)는 각각(mCd)2또는 (nCd)2에 따라 결정된 대신에, (m) 또는 (n)을 승산한 Cd2(Cd는 한 개의 다이오우드의 커패시턴스)에 따라서 결정되는 출력잡음력을 가지고 있다. 따라서, 방사선상 영상검출장치의 S/N비는 본 발명에 의해 상당히 증가된다.
그러나, 상기 실시예에 있어서, 다이오우드(Dij)를 통과한 신호전류는 두개의 저항기(5), (6)으로 분기되므로, 열의 증폭기(Aj) 및 행의 증폭기(Bi)의 출력신호는 반으로 감소한다. 이러한 감도 감소를 피하기 위해, 본 발명은 제3a도에 도시된 바와같이 상기 버퍼회로(Cij)를 각각 회로(Lij)로 수정함으로써 실현될수 있다. 이 버퍼회로는 열의 증폭기(Aj)와 행의 증폭기(Bi)에 대비하여 각각 두출력 단자를 가지는 전류 미러회로(9)를 포함한다. 따라서, 이 전류미러회로는 두개의 열 및 행의 증폭기(Aj), (Bi)로 분기시킴으로써 센서소자의 출력이 1/2로 감소되는 것을 방지하는 전류증폭기이다. 상기 전류미러회로를 가지는 버퍼회로는 또한 제3b도에 도시된 바와같이 수정될 수 있으며, 수정된 비퍼회로 및 버퍼회로내에 있는 전류미러회로(Mij) 및 (9a)로 나타나 있다.

Claims (3)

  1. 방사선센서소자에 의해 검출된 방사선 신호의 출력을 통과시키며, 상기 방사선센서소자 마다 한개씩 형성되어 있는 버퍼회로와, 2차원(m,n)센서소자 행렬의 m개의 행에 각각 속하는 방사선센서소자에 의해 검출되는 방사선 신호를 각각 증폭하는 m개의 행의 증폭기와, 상기(m,n)센서소자 행렬의 n개의 열에 각각 속하는 방사선센서소자에 의해 검출되는 방사선 신호를 각각 증폭하는 n개의 열의 증폭기로 구성되어 있으며, 상기 2차원(m,n)센서소자 행렬을 형성할 수 있도록 배열된 복수개의 방사선센서소자로 구성된 방사선수신평면을 가지는 반도체 방사선 위치검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼회로는 각각, 상기 방사선센서소자중 한개의 방사선센서소자에 의해 검출되는 방사선신호를 받아들이기 위하여 공통으로 접속되어 있는 게이트와 상기 행의 증폭기중 한개의 행의 증폭기 및 상기 열의 증폭기중 한 개의 열의 증폭기에 각각 입력되는 드레인을 가지는 두개의 전계효과 트랜지스터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선위치 검출장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 버퍼증폭기는 각각, 상기 방사선센서소자중 한개의 방사선센서소자에 의해 검출되는 방사선신호를 받아들이기 위하여 상기 방사선센서소자중 한개의 방사선센서소자에 접속되어 있는 상기 게이트와 상기 행의 증폭기중 한개의 행의 증폭기 및 상기 열의 증폭기중 한개의 열의 증폭기에 각각 상기 방사선신호를 전송하기 위해 두개의 출력단자를 가지는 전류미러회로를 수반하는 채널회로를 가지는 한개의 전계효과 트랜지스터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 방사선 위치검출장치.
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