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가상 Frisch-그리드를 이용한 CdZnTe 감마선 소자 제작

Fabrication of Virtual Frisch-Grid CdZnTe γ-Ray Detector

방사선기술과학 2014년 37권 4호 p.253 ~ 259
박찬선, 김필수, 김정민, 김기현, 최종학, 조평곤,
소속 상세정보
박찬선 ( Park Chan-Sun ) - 고려대학교 방사선학과
김필수 ( Kim Pil-Su ) - 고려대학교 방사선학과
김정민 ( Kim Jung-Min ) - 고려대학교 방사선학과
김기현 ( Kim Ki-Hyun ) - 고려대학교 방사선학과
최종학 ( Choi Jong-Hak ) - 고려대학교 방사선학과
조평곤 ( Cho Pyong-Kon ) - 대구가톨릭대학교 방사선학과

Abstract

Traveling heater method(THM) 방법을 이용하여 성장시킨 CdZnTe(CZT) 단결정 방사선 소자에 대한 고에너지(high energy) 감마선 에너지 분해능(energy resolution)을 평가하고자 6×6×12 mm3 크기의 CZT 소자를 제작하였다. 두꺼운 방사선 소자의 경우, 전자에 비해 상대적으로 이동속도가 느린 정공(hole)으로 인해 발생하는 hole-tailing 효과가 심화되어 고에너지 영역의 에너지 분해능이 저하되는 현상이 발생한다. 전자(electron)와 정공(hole)의 두 개의 전하 운반자(charge carrier) 중에서 하나의 전하 운반자를 선택적으로 수집하여 에너지 분해능을 높이는 것이 가능하다. 가상 Frisch-그리드(virtual Frisch-grid) 소자는 소자 내부의
가중 퍼텐셜(weighting potential)을 조절하여 전자에 의한 유도전류(induced current)만을 선택적으로 이용하는 방법으로써 제작 과정과 적용이 용이하다. 본 연구에서는 THM 방법으로 성장한 큰 부피의 CZT 방사선 소자의 특성과 가상 Frisch-그리드의 효용성을 평가하였다. 가상 Frisch-그리드의 적절한 위치와 너비는 Maxwell ver.14(ANSYS, 미국)를 이용하여 모의실험으로 정하였다. 137Cs 동위원소를 이용한 펄스 높이 스펙트럼(pulse height spectrum) 측정에서 가상 Frisch-그리드를 적용했을 때 662 keV 피크에 대해 2.2%의 에너지 분해능을 확인할 수 있었다.

Large volume of 6×6×12 mm3 CdZnTe γ-ray detector was fabricated with CdZnTe single crystals grown by Traveling Heater Method (THM) to evaluate the energy resolution of 662 keV in 137Cs. Hole tailing effect which originated from the large mobility difference in electron and hole degrade energy resolution of radiation detector and its effects become more severe for a large volume detectors. Generally, single carrier collection technique is very useful method to remove/minimize hole tailing effect and thereby improvement in energy resolution. Virtual Frisch-grid technique is also one of single charge collection method through weighting potential engineering and it is very simple and easily applicable one. In this paper, we characterized CZT detector grown by THM and evaluated the effectiveness of virtual Frisch-grid technique for a high energy gamma-ray detector. The proper position and width of virtual Frisch-grid was determined
from electric field simulation using ANSYS Maxwell ver. 14.0. Energy resolution of 2.2% was achieved for the 662 keV γ-peak of 137Cs with virtual Frisch-grid CdZnTe detector.

키워드

CdZnTe; 가상 Frisch-그리드; 분광학; 엑스선?감마선 소자
CdZnTe; virtual Frisch-grid; spectroscopy; X- and γ-ray detector

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KCI