KIC News, Volume 23, No. 3, 2020
KIC News, Volume 23, No. 3, 2020 71
에너지부/아르곤 국립연구소: 새로운 종류의 X-선 검출기
- 새로운 페로브스카이트 기반 검출기의 광범위한 에너지 범위에서 X-선 감지 -
방사선 노출이 암 위험 증가와 관련되어 있지만 치과 의사 또는 의사에게 X-선을 얻는 것은 기껏해야 불편하고 최악의 경우 조금 위험하다. 그러나 기존 연구자들은 보다 적은 양의 노출로 정확한 X-선 이미 지를 생성하는 새로운 방법을 발견해왔다.
미국 에너지 부(DOE) Argonne National Laboratory 및 Los Alamos National Laboratory의 과학자들 은 반도체물질이면서 태양전지, 발광 다이오드와 같은 다른 분야에 적용되는 층상 페로브스카이트를 기반 으로 한 새로운 종류의 X-선 검출기를 확인했다. 새로운 소재의 검출기는 기존의 실리콘 기반 X-선 검출 기보다 100배 더 민감하다.
Science User Facility의 DOE Office 사용자 시설인 Argonne의 Advanced Photon Source (APS)에서 페로브프카이트 물질의 특성을 규명한 Argonne의 X-선 물리학자 Joseph Strzalka는 “X-선 검출을 위한 이 신소재는 의사의 사무실부터 공항 보안 검색대까지 다양한 일상 환경으로 곧 유입될 수 있다.”고 말했 다. 페로브스카이트 재료는 큰 실리콘 단결정을 성장시키는 것과 비교하여 비용을 줄이는 데 도움이 되는 제조 방법인 분무식 박막으로 증착되기 때문에 작동한다.
새로운 페로브스카이트 검출기는 넓은 에너지 범위, 특히 높은 에너지에서 X-선을 감지할 수 있다. 이 는 페로브스카이트가 납 및 요오드와 같은 무거운 원소를 포함하고 있기 때문에 실리콘보다 이러한 X-선 을 보다 쉽게 흡수하는 경향이 있다. 필름을 조금 더 두껍게 만들고 작은 외부 전압을 가하면 페로브스카이 트 기술이 감마선 검출기로 사용될 가능성도 존재한다.
Los Alamos National Laboratory의 Oppenheimer 박사후 연구원 인 Hsinhan (Dave) Tsai는 “검출기 시제품의 핵심인 페로브스카이트 재료는 저비용 솔루션 공정 제조 기술로 생산할 수 있다.” 결과적으로
“기존 X-ray 검출기를 근본적으로 개선하고 예측할 수 없는 수많은 응용 분야로 이어질 수 있는 비용 효 율적이고 고감도의 자체 전력 검출기이다.”
페로브스카이트 재료의 개발 및 분석은 Argonne APS (섹터 8-ID-E)와 장치 물리학자 Wanyi Nie가 이끄는 Los Alamos 팀 간의 긴밀한 협력이었다. 재료와 박막은 Los Alamos에서 만들어지고 Argonne으 로 가져와 그레이징 입사 광각 X-선 산란을 수행하여 박막의 결정도에 대한 정보를 제공한다. Strzalka에 따르면, 이 기술은 결정이 박막에서 배향되는 방식을 보여준다. 이는 검출기의 성능과 관련이 있다.
Strzalka와 Nie는 또한 막의 전하 수송 특성이 결정 구조 및 온도와 어떻게 관련되는지에 관심을 가졌다.
연구원들은 측정 단계에서 시료의 온도를 변경하고 전기 접점을 만들 수 있는 특별한 단계를 사용함으로써 X-선 노출에 의해 시료에 유도 전류의 생성 및 운송 과정을 이해할 수 있다. Strzalka는 “빔라인의 계측기 는 샘플을 진공 환경에서 유지하면서 온도를 유지하면서 전하 수송 측정을 수행하는 등 다양한 현장 측정 을 위한 다목적 플랫폼을 제공한다.”고 했다. Strzalka에 따르면 페로브스카이트는 중요한 돌파구를 계속 제공할 수 있다.
연구성과는 사이언스 출판 그룹의 Science Advance 온라인판에 게재되었다[Science Advances, 6(15):
eaay 0815, (2020), DOI: 10.1126/sciadv.aay0815).
http://www.ksiec.or.kr
72 공업화학 전망, 제23권 제3호, 2020
Figure. 박막 X-선 검출기 및 그 특성. (A) 흡수층으로 (BA) 2 (MA) 2Pb3I10 (Pb3이라고 함)으로 구성된 2D RP 기반 p-i-n 박막 X-ray 검출기 장치 아키텍처의 개략도. (B) 싱크로트론 빔 하에서 수행된 2D RP 박막의 GIWAXS 맵. (C) 하이브리드 페로브스카이트 재료 및 실리콘에 대한 입사 방사선 에너지의 함수로서 계산된 선형 X-선 흡수 계수(l).
(D) 어두운 및 X-선(10.91 keV) 노출에서 2D RP 및 실리콘 기준 장치에 대한 J-V 특성. (E) 제로 바이어스 하에서 2D RP (적색) 및 실리콘 다이오드(흑색)에 대한 X-선 선량의 함수로서 X-선 발생 전하 밀도. (F), (E)에서 2D RP 및 실리콘
기준 검출기에 대한 다크노이즈(신호 대 잡음비)에 의해 감산 된 X-선 유도 전하 밀도.
출처: 2020. 4. 23, Science Daily (https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200423143036.htm) 작성: 손 희 상 (광운대학교)
