전계효과에서 정전위 형성을 이한 Insulator 제작과 두께 변화에 따른 저항특성

한무재(Moo-Jae Han),신요한(Yo-Han Shin),윤량영(Ryang-yung Yoon),최근영(Gun-yung Choi),오경민(Kyung-Min Oh),남상희(Sang-Hee Nam) 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 학술대회 논문집 Vol.2015 No.추계

현재 X-ray 검출 시스템에서 Integration 방식의 성능 개선 연구방향은 국한되어지며, 이로 인해 개선치의 한계를 나타내고 있다. 또한 물질 특성의 한계로 인해 더욱 미세한 선량을 검출하기 어려운 실정이다. 이와 달리 전계효과를 나타내 는 검출 기술은 디락-점이라는 높은 저항 peak를 활용함으로써 미세 선량 검출이 가능하다. 이를 활용하기 위한 전계 형 성은 절연물질을 통한 정전위 형성층이 필수적으로 요구되며, 절연물질의 두께에 따라 달라 질 수 있는 절연 특성에 대한 연구가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 PIB 증착 방식을 이용한 정전위 형성층 제작과 그에 따른 절연 효과 및 특성에 대한 분석을 통하여 활용 가능성을 검증하였다. 절연물질로 Si based oxide를 활용하여 다양한 절연두께를 제작하였으며, 인가전압에 따라 측정되는 drift current를 저항으로 산출하여 절연 두께에 따른 저항의 특성을 분석하였다. 그 결과, 2 V와 3 V의 인가전압을 걸어주었을 때, 최대치의 저항 값을 나타내었으며, 이러한 최대 점은 절연물질의 두께가 증가할수록 3 V에서 2 V로 최대치를 나타내는 peak가 shift되는 현상이 나타났다. 이러한 결과를 토대로 PIB방식을 이용한 절연 물질층 제작은 전계효과 검출시스템의 차세대 검출기 연구에 대한 활용 가능성을 입증하였다. For the current X-ray detection system, researches into an integration system for improving performance is limited, indicating a limit to improvement. Furthermore, the limit of material properties makes it difficult to detect finer dose. Alternatively, the detection technology indicating filed effect uses resistance peak referred to as Dirac point, enabling it to detect minute-dose. To form an electric field to utilize this, it is critical to form an electric potential layer through insulation materials and there is the need of conducting studies on the dielectric properties which may vary depending on the thickness of insulation materials. Thus, in this study, the author prepared constant-potential formation layer using PIB deposition and analyzed the applicability of it through analyzing its insulating effect and properties. Constant-potential formation layers of various thicknesses were prepared using Si-based oxide as insulation material and the drift current measured in accordance with the applied voltage was calculated into resistance so as to analyze the properties of resistance in accordance with insulation thicknesses. As a result, the applied voltage of 2V and 3V showed resistance peak and this resistance peak shifted from 3V to 2V with an increase in the thickness of insulation material. Through the preparation of insulation material layer using PIB method based on the above results, the author has proved the applicability of the findings of this study to the researches into next-generation field effect detection system.

Performance Evaluation of Lead (Ⅱ) Oxide Dosimeter for Digital Quality Assurance in Brachytherapy

한무재(Moo-Jae Han),양승우(Seung-Woo Yang),박성광(Sung-Kwang Park) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.4

방사선 근접치료에서 잘못된 선원의 위치는 정상조직에 과도한 선량을 유발할 수 있기 때문에 선원의 위치 정확성 평가는 필수적이다. 이에 본 연구에서는 기존 아날로그 검증방식을 개선시키기 위해 lead (Ⅱ) oxide (PbO) 기반의 디지털 선량계에 대한 기초연구를 수행하였다. 이에 다결정 PbO 선량계를 제작하였고 Ir-192 선원에 대한 계측 성능을 평가하였다. 그 결과 재현성은 상대표준편차가 0.82%로 평가 기준 1.5% 이내를 만족하였다. 선형성은 선형함수 R2이 0.9998로 우수한 결과를 보였다. 거리 의존성 평가의 경우, 거듭제곱함수 R2은 PbO에서 0.9855, diode에서 0.9974를 보였고, 전체 평균차이는 PbO에서 1.66%, diode에서 2.18% 차이를 보였다. 본 연구는 다결정 PbO 선량계의 Ir-192 선원에 대한 기초 검출성능을 제시하며, 방사선 계측분야에서 기초자료를 제공할 수 있다. In intracavitary radiotherapy, incorrect location of the source can cause excessive dose to normal tissue, so it is essential to evaluate the location accuracy of the source. In this study, basic research was performed on digital line dosimeter based on lead (Ⅱ) oxide (PbO) to improve analog verification method. Therefore, a polycrystalline PbO unit cell dosimeter was manufactured and the measurement performance for Ir-192 sources was evaluated. As a result, the reproducibility satisfies the evaluation criteria of 1.5% with a relative standard deviation of 0.85%. Linearity showed excellent results with a linear coefficient of R2 of 0.9998. In the case of distance dependence evaluation, the power function R2 showed 0.9855 for PbO and 0.9974 for diode, and the overall average difference was 1.66% for PbO and 2.18% for diode. This study presents the basic detection performance of the polycrystalline PbO dosimeter for the Ir-192 source and can provide basic data in the field of radiation measurement.

방사선 근접치료 디지털 선량계의 성능 개선을 위한 Passive Layer의 효과

한무재(Moo-Jae Han),양승우(Seung-Woo Yang)박성광(Sung-Kwang Par) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.5

방사선 근접치료에서 잘못된 선원의 위치는 정상조직에 과도한 선량을 유발할 수 있다. 그러므로 아날로그 검출방식을 대체하기 위해 디지털 선량계에 대한 연구가 이루어지고 있다. 이에 본 연구는 선량계 성능 개선을 위한 기초연구로써 passive layer (PL)를 적용한 lead (Ⅱ) oxide (PbO) 선량계를 제작하였다. 이후 Ir-192 선원의 조사조건에 대한 성능을 분석하기 위해 재현성, 선형성, 거리의존성을 평가하였다. 재현성은 PL-PbO 선량계에서 상대표준편차가 0.40%로 평가 기준 1.5% 이내를 만족하였고, PbO 선량계보다 개선된 결과를 보였다. 선형성은 선형함수 R2이 0.9995로 우수한 결과를 보였고, 선형함수의 회귀분석을 통한 기울기 분석은 PL-PbO에서 우수하였다. 거리 의존성은 거듭제곱함수의 회귀분석을 통해 얻은 기울기를 inverse square value와 비교하였을 때, PL-PbO 선량계는 PbO에 비해 +0.599 높게 나타났다. 본 연구는 고체선량계의 계측 구성에 따른 효과와 측정 변수를 제시하고 있고, 다양한 방사선 검출 분야에서 활용될 수 있다. In radiation brachytherapy, the wrong source location may cause excessive dose to normal tissue. Therefore, research on digital dosimeters is being made to replace the analog detection method. Therefore, in this study, a lead (II) oxide (PbO) dosimeter applied with a passive layer (PL) was fabricated as a basic study to improve the dosimeter performance. Afterwards, reproducibility, linearity, and distance dependence were evaluated to analyze the performance of the Ir-192 source under irradiation conditions. The reproducibility of the PL-PbO dosimeter was 0.40%, which satisfies the evaluation criteria of 1.5%, and showed improved results compared to the PbO dosimeter. Linear function R2 showed excellent results as 0.9995, and slope analysis through regression analysis of the linear function was excellent in PL-PbO. The distance dependence of the PL-PbO dosimeter was +0.599 higher than that of PbO when the slope obtained through regression analysis of the power function was compared with the inverse square value. This study presents the effects and measurement variables according to the measurement configuration of the solid-state dosimeter, and can be used in various radiation detection fields.

광자선 및 전자선 치료에서 피부선량계의 측정과 시뮬레이션을 이용한 감약률 오차 평가

한무재(Moo-Jae Han),양승우(Seung-Woo Yang),허승욱(Seung-Uk Heo),배상일(Sang-Il Bae),문영민(Young-Min Moon),박성광(Sung-Kwang Park),김진영(Jin-Young Kim) 한국방사선학회 2020 한국방사선학회 논문지 Vol.14 No.6

광자선과 전자선을 사용하는 방사선 치료 분야에서는 환자마다 방사선에 대한 민감도가 다르기 때문에 동일한 선량에서도 피부 부작용이 발생될 수 있다. 이에 피부에 과다선량 위험도가 있을 경우, 선량계를 부착하여 정확한 선량이 조사되고 있는지 검증하고 있다. 하지만 피부선량계는 점선량을 측정하는 방식으로 부착부위를 육안으로 확인하기 때문에, 정확한 선량 분포를 확인하기 어려운 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 체표면적에 대한 선량분포를 확인할 수 있는 2D 선량계의 기초 연구로 감약률 오차를 분석하여 최적화된 선량계 조건을 제시하고자 하였다. 본 결과 6 MV 광자선에서 물질 HgI2의 측정과 시뮬레이션 오차는 최소두께 25 μm에서 각 각 3.73%, 5.24%를 보였고, 물질 PbI2는 각각 4.73%, 5.65%를 보였다. 반면 6 MeV 전자선 결과, 물질 HgI2의 측정과 시뮬레이션 오차는 최소두께 25 μm에서 각 각 1.35%, 1.12%를 보였고, 물질 PbI2는 각 각 1.67%, 1.20%로 비교적 낮은 감약률 오차를 보였다. 이에 본 연구 결과 5% 이내의 감약률 오차를 가지기 위해서는 광자선 측정은 최소 25 μm 미만, 전자선 측정은 100 μm 이내 두께가 적합한 것으로 평가되었다. 본 연구는 임상에서 요구되는 인체 부착형 flexible 선량계의 새로운 연구 방향과 미래 피부선량계의 구성 조건을 제시하고 있다. In the field of radiation therapy using photon beams and electron beams, since each patient has a different sensitivity to radiation, skin side effects may occur even at the same dose. Therefore, if there is a risk of excessive dose to the skin, a dosimeter is attached to verify whether the correct dose is being investigated. However, since the skin dosimeter checks the attachment site visually by measuring a point dose, it is difficult to confirm an accurate dose distribution. As a result, the measurement and simulation errors of the material HgI2 in the 6 MV photon beam were 3.73% and 5.24%, respectively, at the minimum thickness of 25 μm, and the material PbI2 was 4.73% and 5.65%, respectively. On the other hand, as a result of the 6 MeV electron beam, the measurement and simulation errors of the material HgI2 were 1.35% and 1.12%, respectively, at a minimum thickness of 25 μm, and the material PbI2 showed relatively low attenuation error, 1.67% and 1.20%, respectively. Therefore, it was evaluated that the thickness of the photon beam within 25 μm and the electron beam within 100 μm is suitable to have a reduction rate error within 5%. This study presents a new research direction for a flexible dosimeter attached to the human body that is required in clinical practice and the construction conditions of a future skin dosimeter.

A Study on the Development of High-sensitivity AEC-sensor for Minimization of Dose Creep in Diagnostic Imaging System

김교태(Kyo Tae Kim),한무재(Moo Jae Han),허예지(Ye Ji Heo),김주희(Joo Hee Kim),강상식(Sang Sik Kang),박지군(Ji Koon Park),남상희(Sang Hee Nam) 한국방사선학회 2016 한국방사선학회 논문지 Vol.10 No.5

선량 크리프는 임상적 오류 중 하나로 검사자의 미숙 또는 부주의에 기인하여 발생하는 현상으로 AAPM Task Group #116에 의하면 디지털 방식의 시스템에서 지속적인 발생이 보고되고 있다. 이러한 현시점에서 선량 크리프 현상을 최소화할 뿐만 아니라 재현성 향상이 가능한 자동노출제어장치의 요구가 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 제작이 쉬울 뿐만 아니라 고효율 반도체 센서에 대한 연구를 수행함으로써 선량 크리프 현상을 저감할 수 있는 자동노출제어장치의 센서에 대하여 고찰하고자 하였다. 연구 수행 결과, 제작된 I형 센서 및 PIN형 센서의 경우 Ref 센서와 비교하면 광학적 특성이 우수하여 음영효과가 적게 나타날 것으로 사료되고, 대체로 낮은 민감도 특성이 나타나지만, 조사 조건 변화에 따른 일정한 추세를 가짐으로써 정확한 피드백 신호를 자동노출제어장치에 제공할 수 있을 것으로 사료된다. Dose creep is one of clinical errors that arises from the tester’s inexperience or carelessness, and according to Task Group #116 of American Association of Physicists in Medicine, its continued occurrence is being reported in the digital method. At this point, the demand for an automatic exposure control device that minimizes the dose creep phenomenon and can improve reproducibility is increasing. In this study is to consider the automatic exposure control device sensor that can is not only easy to produce, but also reduce the dose creep phenomenon by conducting a research on high-efficient semiconductor sensor. As a result, the Intrinsic-type and PIN-type sensors have excellent optical property compared to Ref sensor, would have less shading effect, and have relatively low sensitivity, but would provide accurate feedback signals to automatic exposure control device with its consistent tendency according to exposure condition changes.

방사선근접치료 분야의 선량 측정을 위해 제조된 Lead(Ⅱ) Iodide 선량계의 적용가능성 연구

양승우(Seung-Woo Yang),한무재(Moo-Jae Han),박성광(Sung-Kwang Park) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.6

근접방사선치료는 방사선동위원소를 신체 내부에 넣어 종양에 방사선을 집중적으로 조사하는 치료법이다. 근접방사선 치료는 고선량율의 방사선동위원소 선원을 사용하기 때문에 정확한 선원의 위치 및 선량등을 파악하는 것이 매우 중요하다. 하지만 임상에서는 ruler, autoradiograph등을 통하여 육안으로 부정확하게 평가하는 실정이다. 이에 본 연구에서는 Lead(Ⅱ) Iodide(PbI2) 물질을 사용하여 방사선근접치료에 사용할 수 있는 선량계를 개발하고, 재현성, 선형성, PID 항목을 분석하여 적용가능성을 평가하였다. 재현성 평가결과, RSD 값은 1.41%로 평가기준 1.5%를 만족하였다. 선형성 평가결과, R2값은 0.9993으로 평가기준 0.9990을 만족하였다. PID 평가 결과 50% 선량 감약지점에서 거리의 역자승 법칙의 이론값과 비교하여 0.06 cm의 차이만을 나타내었다. 본 실험에서 제작된 선량계는 모든 평가에서 기준치를 만족하는 결과값을 나타내어 방사선근접치료 영역에서의 선량계 적용 가능성이 충분한 것으로 판단된다. Brachytherapy is a treatment in which radioactive isotopes are placed inside the body to intensively irradiate the tumor with radiation. Because brachytherapy uses a radioisotope source with a high dose rate, it is very important to know the exact location and dose of the source. However, in clinical practice, it is evaluated inaccurately with the naked eye through rulers and autoradiographs. Therefore, in this study, a dosimeter that can be used for brachytherapy was developed using a lead(II) iodide (PbI2) material, and the applicability was evaluated by analyzing the reproducibility, linearity, and PID items. As a result of reproducibility evaluation, the RSD value was 1.41%, satisfying the evaluation criteria of 1.5%. As a result of the linearity evaluation, the R2 value was 0.9993, which satisfies the evaluation criterion of 0.9990. As a result of PID evaluation, it showed only a difference of 0.06 cm compared with the theoretical value of the inverse square law of distance at the 50% dose reduction point. The dosimeter manufactured in this experiment shows results that satisfy the standard in all evaluations, so it is judged that the possibility of applying the dosimeter in the radiation brachytherapy area is sufficient.

피부선량 측정을 위한 Lead-Monoxide 기반의 Silicon Passive layer PbO 선량계 개발 및 평가

양승우(Seung-Woo Yang),한무재(Moo-Jae Han),정재훈(Jae-Hoon Jung),배상일(Sang-Il Bae),문영민(Young-Min Moon),박성광(Sung-Kwang Park),김진영(Jin-Young Kim) 한국방사선학회 2021 한국방사선학회 논문지 Vol.15 No.6

피부는 방사선에 대한 민감도가 높기 때문에 방사선치료 시에 피부에 조사되는 선량을 정확하게 측정하여 과도한 피폭을 방지할 필요가 있다. 임상에서는 film, OSLD, TLD, glass 선량계등과 같은 선량계를 사용하여 피부선량을 측정하고 있지만, 이러한 선량계들은 피부곡면에서의 정확한 선량측정이 힘든 문제점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 인체 굴곡에 따라서 부착이 가능한 피부선량계를 개발하고 그 반응 특성을 평가하였다. 선량계 제작에는 높은 원자번호(ZPb: 82, ZO: 8)와 밀도(9.53 g/cm3)로 방사선검출 측점에서 우수한 특성을 가지고 있는 Lead oxide(PbO)와 인체 굴곡에 따라 휘어질 수 있는 silicon 바인더를 사용하여 재조하였다. 한편 PbO 물질로 제작된 선량계의 경우 산화로 인한 성능 저하가 존재하기 때문에 parylene 등을 사용하여 성능저하를 방지해오고 있었지만, 기존에 사용된 parylene은 bending에 대한 영향을 받기 때문에 silicon을 이용한 새로운 형태의 passive layer를 제작하여 피부선량계에 적용하였다. 피부선량계의 특성평가는 SEM, 재현성, 선형성을 분석하여 평가하였다. SEM 분석을 통하여 bending에 영향을 받는지 평가하였으며, 6 MeV 에너지에서의 재현성, 선형성을 평가하여 피부선량계로 적용이 가능한지 평가하였다. SEM 분석을 통하여 선량계 표면을 관찰한 결과, parylene으로 passive layer가 올라간 parylene passive layer PbO 선량계는 구부러 졌을때, 표면에 crack이 발생하였다. 그에 반해 silicon passive layer가 올라간 silicon passive layer PbO 선량계에서는 crack 이 관찰되지 않았다. 재현성 측정 결과에서 silicon passive layer PbO 선량계의 RSD는 1.47%로 평가기준 RSD 1.5%를 만족하였으며, 선형성 평가 결과에서는 R2값이 0.9998로 나타나 평가기준 R2 0.9990을 만족하였다. silicon passive layer PbO 선량계는 bending에 따른 crack이 발생하지 않으며, 재현성, 선형성에서 높은 신호안정성과 정밀성, 정확성을 보여주어 피부선량계로의 적용이 가능한 것으로 평가되었다. Due to the high sensitivity to radiation, excessive exposure needs to be prevented by accurately measuring the dose irradiated to the skin during radiation therapy. Although clinical trials use dosimeters such as film, OSLD, TLD, glass dosimeter, etc. to measure skin dose, these dosimeters have difficulty in accurate dosimetry on skin curves. In this study, to solve these problems, we developed a skin dosimeter that can be attached according to human flexion and evaluated its response characteristics. For the manufacture of the dosimeter, lead oxide (PbO) with high atomic number (ZPb: 82, ZO: 8) and density (9.53 g/cm3) and silicon binders that can bend according to human flexion were used. In the case of a dosimeter made of PbO material, the performance degradation has been prevented by using parylene and others due to the presence of degradation due to oxidation, but the previously used parylene is affected by bending, so a new form of passive layer was produced and applied to the skin dosimeter. The characteristic evaluation of the skin dosimeter was evaluated by analyzing SEM, reproducibility, and linearity. Through SEM analysis, bending was evaluated, reproducibility and linearity at 6 MeV energy were evaluated, and applicability was assessed with a skin dosimeter. As a result of observing the dosimeter surface through SEM analysis, the parylene passive layer PbO dosimeter with the positive layer raised to the parylene produced cracks on the surface when bent. On the other hand, no crack was observed in the silicon passive layer PbO dosimeter, which was raised to silicon passive layer. In the reproducibility measurement results, the RSD of the silicon passive layer PbO dosimeter was 1.47% which satisfied the evaluation criteria RSD 1.5% and the linearity evaluation results showed the R2 value of 0.9990, which satisfied the evaluation criteria R2 9990. The silicon passive layer PbO dosimeter was evaluated to be applicable to skin dosimeters by demonstrating high signal stability, precision, and accuracy in reproducibility and linearity, without cracking due to bending.

비정질 셀레늄 필름의 열처리 및 광 에너지 조사에 따른 전기적 효율성 연구

허예지(Ye-Ji Heo),김교태(Kyo-Tae Kim),김진선(Jin-Seon Kim),한무재(Moo-Jae Han),노시철(Si-Cheol Noh),강상식(Sang-Sik Kang),박지군(Ji-Koon Park),박성광(Sung-Kwang Park),남상희(Sang-Hee Nam) 대한전자공학회 2015 대한전자공학회 학술대회 Vol.2015 No.6

Recently there has been a renewed interest in the electrical and optical properties of amorphous selenium (a-Se) films due to its use as a flat panel x-ray image detector and digital video camera. There are lot of publications in the literature devoted to the structural transformations and optical changes observed in amorphous thin films irradiated with light. Therefore, the light irradiated crystallization process in a-Se film was studied to discriminate photo-induced contributions on x-ray detection performance. The thermally evaporated a-Se sample was irradiated at various wavelength, intensity and times in a dark room. The influence on electrical properties due to light irradiation was discussed by considering the activation energy of crystallization. The light effects on I-V characteristics of a-Se films were reported and it was found that the photosensitivity increased with increasing light intensity.

염료감응형태양열 물질이 요오드화수은의 전기적 특성에 미치는 영향에 관한 연구

조규석(Gyu-Seok Cho),박지군(Ji-koon Park),허승욱(Seung-Wook Heo),송용근(Yong-keun Song),한무재(Moo-Jae Han),김금배(Kum-Bae Kim),최상현(Sang-Hyun Choi) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.6

요오드화수은은 우수한 엑스선 민감도 특성을 가진 광도전체로 비정질 셀레늄을 대체할 수 있는 후보물 질로 많은 연구가 진행되고 있지만 높은 누설전류로 인해 상용화에 많은 한계점을 나타내고 있다. 본 연구 에서는 요오드화수은의 높은 누설전류를 저감하기 위해 요오드화수은에 비해 입자가 작은 이산화규소 및이산화티타늄을 물리적으로 혼합하여 단위시편을 제작하였으며 제작된 단위시편의 전기적 특성을 비교·분 석하였다. 그 결과 혼합한 두 물질 모두 요오드화수은의 높은 누설전류를 저감하는데 효과가 있었으며 요오드화수은-이산화티타늄 혼합물에서는 방사선 민감도 특성이 상당히 높아짐을 확인하였다. As a photoconductive material with a high X-ray sensitivity, many researches about mercury iodide has been carried out to substitute for amorphous selenium. However, it has many limitations in commercialization because of the high leakage current. In this study, we fabricated HgI 2 unit-cells with mixed silicon oxide(SiO 2 ) and titanium oxide(TiO 2 ) to reduce a high leakage current and we evaluated an electrical properties of the fabricated unit-cells. As a result, we confirmed that both mixtures were effective in reduing the leakage current of the HgI 2 and x-ray sensitivity were significantly increased in fabricated HgI 2 -TiO 2 unit-cell.