A Study on Bismuth tri-iodide for X-ray direct and digital imagers

직접방식 엑스선 검출기를 위한 $BiI_3$ 특성 연구

Now a days, the Medical X-ray equipments has become digitalized from analog type such as film, cassette to CR, DR. And many scientists are still researching and developing the Medical X-ray equipment. In this study, we used the Bismuth tri-iodide to conversion material for digital X-ray equipments and we couldn't get the satisfying result than previous study, but it opened new possibility to cover the disadvantage of a-Se is high voltage aplly and difficultness of make. In this paper, we use $BiI_3$ powder(99.99%) as x-ray conversion material and make films that have thickness of 200um and the film size is $3cm{\times}3cm$. Also, we deposited an ITO(Indium Tin Oxide) electrode as top electrode and bottom electrode using a Magnetron Sputtering System. To evaluate a characteristics of the produced films, an electrical and structural properties are performed. Through a SEM analysis, we confirmed a surface and component part. And to analyze the electrical properties, darkcurrent, sensitivity and SNR(Signal to Noise Ratio) are measured. Darkcurrent is $1.6nA/cm^2$ and sensitivity is $0.629nC/cm^2$ and this study shows that the electrical properties of x-ray conversion material that made by screen printing method are similar to PVD method or better than that. This results suggest that $BiI_3$ is suitable for a replacement of a-Se because of the reduced manufacture processing and improved yield.

현재 의료용 엑스선 장비는 기존의 아날로그 방식의 필름, 카세트를 대신하여 디지털 방식인 CR, DR 이 널리 사용되면 그에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구 에서는 디지털 엑스선 장비의 변환물질로 $BiI_3$(Bismuth tri-iodide)를 적용하여 실험하였으며 기존 선행연구에 비해 만족할만한 결과 값은 얻을 수 없었지만 가장 많이 사용되고 있는 a-Se(Amorphous Selenium)의 단점인 고전압인가와 제작방식의 어려움을 보완할 수 있는 새로운 가능성을 제시해 주었다. 본 연구에서 사용되어진 변환 물질은 순도 99.99%의 $BiI_3$가 이용되었으며 $3cm{\times}3cm$의 크기와 200um의 두께를 가지는 변환물질 층이 제작되었다. 변환 물질의 상하부에는 Magnetron Sputtering system장비를 이용한 ITO 전극이 형성되었다. 형성된 $BiI_3$ 엑스선 변환 물질의 특성 평가를 위해 구조적 분석과 전기적 분석이 이루어 졌다. SEM 측정을 통해 제작된 필름의 표면 및 단면적, 구성 성분을 관찰하였고, 전기적 분석을 위해서는 누설전류, 엑스선에 대한 신호량 및 잡음 대 신호비의 관찰이 이루어졌다. 실험 결과 $BiI_3$는 $1.6nA/cm^2$의 누설전류와 $0.629nC/cm^2$의 신호량을 측정할 수 있었으며, 이렇게 Screen print method로 제작된 엑스선 검출 물질은 PVD방법을 이용해 제작된 물질과 비슷하거나 더 나은 전기적 특성을 가지고 있었고 이는 제작 방법의 간소화 및 수율을 향상 시킬 수 있어 BiI3도 a-Se를 대체하기 위한 변환물질로 적합하다고 사료된다.