KR101648395B1 - A monolithic radiation sensor to detect multiple radiation and method of producing the same - Google Patents

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Abstract

이종 방사선 측정 센서 및 그 제조 방법이 개시된다. 반도체 기판, 반도체 기판의 하면에 형성된 적어도 하나의 하부전극, 반도체 기판의 상면에 하부전극과 전기적으로 연결되는 복수의 상부전극 및 복수의 상부전극 상에 각각 다른 물질과 반응하는 감지막을 포함한다.Disclosed is a heterogeneous radiation measuring sensor and a manufacturing method thereof. A semiconductor substrate, at least one lower electrode formed on a lower surface of the semiconductor substrate, a plurality of upper electrodes electrically connected to the lower electrode on the upper surface of the semiconductor substrate, and a sensing film reacting with different materials on the plurality of upper electrodes.

Description

이종 방사선 측정 센서 및 그 제조 방법{A monolithic radiation sensor to detect multiple radiation and method of producing the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a radiation sensor,

본 발명은 이종 방사선 측정 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 이종의 방사선 원소를 하나의 센서로 측정할 수 있는 이종 방사선 측정 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heterogeneous radiation measurement sensor and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a heterogeneous radiation measurement sensor and a method of manufacturing the same that can measure heterogeneous radiation elements with a single sensor.

핵폭발 시 순간적으로 방출되는 다량의 에너지가 목적하는 바에 따라 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 실생활에서 활용할 수 있으며, 원자력 발전에서는 이를 이용하여 열에너지를 동력으로 사용한다.Nuclear energy can be used in real life by controlling so that a large amount of energy released momentarily in the event of a nuclear explosion is released gradually as desired, and nuclear energy uses it as a power source.

원자력 발전에 사용되는 원자로는 연쇄핵분열반응의 결과 순간적으로 방출되는 다량의 질량결손에너지가 방출되도록 연쇄반응을 제어하여 핵분열에서 발생하는 열에너지를 동력으로 사용하도록 하는 장치이다. 보통의 화력로가 물질의 연소열을 이용하는데 반해 원자로는 핵분열반응의 결과 발생하는 질량결손 에너지를 이용하는 점에서 차이가 있다. 그런데 이러한 원자로 내에서 핵분열이 일어나면, 다량의 에너지가 방출됨과 동시에 방사선이 발생하게 된다. 상기 방사선은 알파선, 베타선, 엑스선, 감마선, 중성자 등이 있으며, 환경에 따라 복합적으로 존재하게 된다.The reactor used in nuclear power generation is a device that uses the thermal energy generated from the fission by using the chain reaction to control the mass release energy which is released momentarily as a result of the chain fission reaction. While normal thermal power utilizes the heat of combustion of the material, the reactor differs in that it utilizes the mass deficit energy resulting from the fission reaction. When nuclear fission occurs in these reactors, a large amount of energy is released and radiation is generated. The radiation includes alpha rays, beta rays, X-rays, gamma rays, neutrons, and the like.

알파선은 헬륨원자(He)에서 전자 2개가 떨어져 나가고 남은 헬륨 원자핵이 아주 빠르게 흐르는 방사선이다. 알파선은 파장이 길어 다른 물질과의 반응성이 높기 때문에 물질 속의 원자나 분자를 깨뜨리는 이온화 작용인 전리, 필름과 같은 감광지와 화학반응을 일으키는 현상인 감광, 형광물질과 반응해 빛을 내는 현상인 형광작용들이 잘 일어나지만, 투과력은 매우 약해 종이 한 장도 뚫지 못한다. 또한 알파선은 다른 물질과의 좋은 반응성으로 인해, 식물의 유전자 조작, 생장촉진 및 억제 등 에 많이 사용된다.An alpha ray is a radiation in which two electrons are separated from a helium atom (He) and the remaining helium nucleus flows very quickly. Because alpha rays have long wavelengths, they have high reactivity with other substances. Therefore, ionization, which is an ionizing action that breaks atoms or molecules in a substance, is a phenomenon that causes a chemical reaction with a photosensitive material such as a film. Fluorescence But the penetration power is so weak that even a piece of paper can not penetrate. In addition, because of its good reactivity with other substances, alpha rays are widely used for plant genetic manipulation, growth promotion and inhibition.

베타선은 전자의 아주 빠른 흐름인 방사선으로 알파선에 비해 파장이 길다. 따라서 전리, 감광, 형광 작용은 덜 일어나고, 투과력은 조금 더 높아져서 종이나 플라스틱 정도는 뚫을 수 있지만, 얇더라도 철판은 뚫지 못한다. 따라서, 베타선은 적당한 투과력으로 인해 플라스틱의 두께를 측정할 때 사용된다.The beta ray is a very fast flow of electrons and has a longer wavelength than an alpha ray. Therefore, ionization, photosensitization, and fluorescence are less likely to take place, and permeability is slightly higher, which can penetrate species or plastics, but even if thin, the iron plate can not penetrate. Therefore, the beta ray is used to measure the thickness of the plastic due to the appropriate permeability.

엑스선은 뢴트겐이 음극선을 금속에 쬐는 실험을 하다가 우연히 발견한 방사선으로, 감마선보다는 약하지만 높은 투과력을 가졌다. 엑스선은 의학에 매우 효율적으로 사용되고 있을 뿐만 아니라 물리학, 생물학, 화학 등에서 다양하게 사용된다.The X-ray was incidentally discovered when Rutgen was experimenting with a metal cathode ray, which was weaker but had higher permeability than gamma rays. X-rays are used not only in medicine but also in physics, biology and chemistry.

감마선은 입자가 아닌 전자기파에 해당하는 방사선이다. 따라서, 감마선은 다른 물질과의 반응작용이 매우 떨어지는 대신 투과력이 높아 어느 정도 얇은 금속은 쉽게 뚫을 수 있다. 감마선은 30cm이상의 납이나 1m이상의 콘크리트 벽 이상이 되어야 투과하지 못한다. 또한 감마선은 좋은 투과력으로 인해 산업용과 의학분야에 주로 사용되고 있다. 특히 감마선은 비파괴검사, 금속의 두게 측정, 물질의 불순물 함량 검사, 암환자의 방사선 치료 등에 이용되고 있다.Gamma rays are not electromagnetic radiation but electromagnetic radiation. Therefore, the gamma ray has a very low reactivity with other substances, and the permeability is high, so that a metal of a certain thickness can be easily pierced. Gamma rays can not penetrate more than 30 cm of lead or more than 1 m of concrete wall. Gamma rays are also used in industrial and medical fields because of their good permeability. In particular, gamma rays are used for nondestructive testing, measurement of metal thickness, impurity content of materials, and radiation therapy for cancer patients.

중성자는 소립자의 하나이다. 양자와 함께 원자핵의 구성 요소로서 양자와 거의 같은 질량(質量)을 가지고, 전기를 띠지 않아 중성을 유지한다. 또한 중성자는 물질에 대한 투과력이 커서 원자핵의 파괴에 이용된다.Neutron is one of the small particles. As a component of the nucleus together with the quantum, it has almost the same mass (mass) as the quantum, and maintains neutrality without electricity. Neutrons are also used to destroy nuclei because of their high permeability to matter.

일반적인 단일 방사선 센서는 단일 방사선만을 측정하게 되어 있으며, 이종의 방사선을 측정하고자 할 때는 이종의 방사선 센서를 사용해야 하는 불편함이 있다. 또한 각기 다른 센서가 장착된 계측기를 형성하는데도 소요경비가 상당하다. 방사선 센서는 기체형, 섬광체형, 반도체형이 있으며, 각각의 센서에 따른 전자회로도 다르게 구성되어야 하는 단점이 있다.In general, a single radiation sensor measures only a single radiation, and it is inconvenient to use a different kind of radiation sensor when measuring different kinds of radiation. In addition, the cost of forming a meter equipped with different sensors is considerable. The radiation sensor has a gaseous type, a scintillator type, and a semiconductor type, and has a disadvantage that an electronic circuit corresponding to each sensor must be configured differently.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이종의 방사선을 하나의 센서 및 동종의 전자회로를 이용하여 측정하는 이종 방사선 측정 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a heterogeneous radiation measurement sensor and a method of manufacturing the same that measure heterogeneous radiation using one sensor and a similar type of electronic circuit.

이종 방사선 측정 센서는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 적어도 하나의 하부전극, 상기 반도체 기판의 상면에 상기 하부전극과 전기적으로 연결되는 복수의 상부전극 및 상기 복수의 상부전극 상에 각각 다른 물질과 반응하는 감지막을 포함한다.The heterogeneous radiation measuring sensor includes a semiconductor substrate, at least one lower electrode formed on a lower surface of the semiconductor substrate, a plurality of upper electrodes electrically connected to the lower electrode on the semiconductor substrate, Lt; / RTI >

본 발명에 따른 이종 방사선 측정 센서 및 그 제조 방법에 의하면 기술적 과제는 이종의 방사선을 하나의 센서 및 동종의 전자회로를 이용하여 측정한다.According to the present invention, there is provided a heterogeneous radiation measuring sensor and a method of manufacturing the same, wherein a different kind of radiation is measured using one sensor and a similar electronic circuit.

또한 각기 다른 센서가 장착된 계측기를 형성하지 않아도 되므로 비용절감을 한다.It also saves costs by eliminating the need to form instruments with different sensors.

또한 이종 방사선 측정을 하나의 센서를 측정함으로써 계측기를 소형화할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to downsize the measuring instrument by measuring one sensor for different radiation measurement.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서의 상면을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서의 하면을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서와 전자회로의 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판에 형성된 가드전극을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서의 배열을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서를 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a perspective view illustrating an upper surface of a hetero-ray measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a bottom surface of a heterogeneous radiation measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a connection between a hetero-ray measurement sensor and an electronic circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a guard electrode formed on a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view illustrating an arrangement of a hetero-ray measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hetero-ray measurement sensor according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather obvious or understandable to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서의 상면을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서의 하면을 설명하기 위한 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating an upper surface of a heterogeneous radiation measurement sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a bottom surface of a heterogeneous radiation measurement sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이종 방사선 측정 센서(1)는 이종의 방사선을 측정할 수 있다. 이종 방사선 측정 센서(1)는 이종의 방사선을 측정하는 서로 다른 종류의 센서가 적어도 두 개 이상이 형성될 수 있다. 이종 방사선 측정 센서(1)는 알파선, 베타선, 엑스선, 감마선 및 중성자 중 적어도 하나의 방사선을 측정할 수 있다. Referring to Figs. 1 and 2, the heterogeneous radiation measuring sensor 1 can measure different kinds of radiation. At least two different kinds of sensors for measuring different kinds of radiation may be formed in the heterogeneous radiation measurement sensor 1. [ The heterogeneous radiation measurement sensor 1 can measure radiation of at least one of an alpha ray, a beta ray, an x-ray, a gamma ray and a neutron.

이종 방사선 측정 센서(1)는 엑스선 또는 감마선을 감지하는 제1 감지막, 알파선 또는 베타선을 감지하는 제2 감지막, 중성자를 감지하는 제3 감지막 및 방사선을 감지하지 않는 기준막이 형성될 수 있다. 상기 제1 감지막, 제2 감지막, 제3 감지막 및 기준막은 반도체 기판(10)의 상면에 형성될 수 있다.The heterogeneous radiation measuring sensor 1 may be formed of a first sensing film for sensing an X-ray or a gamma ray, a second sensing film for sensing an alpha or beta ray, a third sensing film for sensing a neutron, and a reference film for not sensing radiation . The first sensing film, the second sensing film, the third sensing film, and the reference film may be formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10.

반도체 기판(10)은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 비소(GaAs), 카드뮴 텔루르(CdTe), 카드뮴 징크 텔루르(CdZnTe), 요오드화 제2수은(HgI2), Ⅳ족 반도체, Ⅱ-Ⅳ족 반도체 및 Ⅲ-Ⅳ족 반도체 중 하나의 반도체가 포함될 수 있다.The semiconductor substrate 10 may be formed of a material selected from the group consisting of silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), cadmium telluride (CdTe), cadmium zinc telluride (CdZnTe), mercuric iodide (HgI2) A semiconductor of one of a group IV semiconductor and a group III-IV semiconductor may be included.

반도체 기판(10)의 상면은 복수의 상부전극이 형성될 수 있다. 일 실시예로, 상기 상부전극은 4개일 수 있다. 상부전극은 제1 상부전극(110), 제2 상부전극(120), 제3 상부전극(130) 및 제4 상부전극(140) 중 적어도 두 개의 상부전극을 포함할 수 있다.A plurality of upper electrodes may be formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10. In one embodiment, the upper electrode may be four. The upper electrode may include at least two upper electrodes of the first upper electrode 110, the second upper electrode 120, the third upper electrode 130, and the fourth upper electrode 140.

제1 상부전극(110), 제2 상부전극(120), 제3 상부전극(130) 및 제4 상부전극(140)은 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나일 수 있다. 또한 제1 상부전극(110), 제2 상부전극(120), 제3 상부전극(130) 및 제4 상부전극(140)의 두께는 수 백 내지 수 천 Å일 수 있다.The first upper electrode 110, the second upper electrode 120, the third upper electrode 130 and the fourth upper electrode 140 may be formed of gold (Au), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel ) And copper (Cu). The thickness of the first upper electrode 110, the second upper electrode 120, the third upper electrode 130, and the fourth upper electrode 140 may be several hundreds to several thousands of angstroms.

도 2(a)는 이종 방사선 측정 센서(1)의 하부전극이 하나인 경우의 일 실시예이고, 도 2(b)는 이종 방사선 측정 센서(1)의 하부전극이 복수인 경우의 다른 실시예이다. 반도체 기판(10)의 하면은 하나의 하부전극 또는 복수의 하부전극이 형성될 수 있다. 2 (a) is an example of a case where the lower electrode of the heterogeneous radiation measurement sensor 1 is one, and FIG. 2 (b) to be. The lower surface of the semiconductor substrate 10 may have one lower electrode or a plurality of lower electrodes.

하나의 하부전극(200)은 제1 상부전극(110), 제2 상부전극(120), 제3 상부전극(130) 및 제4 상부전극(140)과 대응될 수 있다. 특히, 하부전극(200)은 복수의 하부전극이 형성되는 공정보다 용이할 수 있고, 공정 단계가 줄어들어 비용절감을 할 수 있다.One lower electrode 200 may correspond to the first upper electrode 110, the second upper electrode 120, the third upper electrode 130, and the fourth upper electrode 140. In particular, the lower electrode 200 may be easier to process than the process of forming a plurality of lower electrodes, and the process steps may be reduced to reduce costs.

복수의 하부전극(210, 220, 230, 240)은 상면의 복수의 상부전극에 대응되게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 하부전극(210, 220, 230, 240)은 제1 상부전극(110)에 대응되는 제1 하부전극(210), 제2 상부전극(120)에 대응되는 제2 하부전극(220), 제3 상부전극(130)에 대응되는 제3 하부전극(230) 및 제4 상부전극(140)에 대응되는 제4 하부전극(240)으로 형성될 수 있다.The plurality of lower electrodes 210, 220, 230, and 240 may be formed to correspond to a plurality of upper electrodes on the upper surface. That is, the plurality of lower electrodes 210, 220, 230, and 240 may include a first lower electrode 210 corresponding to the first upper electrode 110, a second lower electrode 220 corresponding to the second upper electrode 120, A third lower electrode 230 corresponding to the third upper electrode 130 and a fourth lower electrode 240 corresponding to the fourth upper electrode 140.

복수의 하부전극(210, 220, 230, 240)은 하나의 하부전극(200)보다 유지보수가 용이할 수 있다. 복수의 하부전극(210, 220, 230, 240)은 각각의 상부전극과 1대1 대응을 하기 때문에 하나의 하부전극이 문제가 생기더라도 나머지 하부전극은 동작될 수 있다. The plurality of lower electrodes 210, 220, 230, and 240 may be easier to maintain than one lower electrode 200. Since the plurality of lower electrodes 210, 220, 230, and 240 correspond one-to-one with the respective upper electrodes, the lower electrodes can be operated even if one lower electrode causes a problem.

하부전극은 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나일 수 있다. 또한 하부전극의 두께는 수 백 내지 수 천 Å일 수 있다.The lower electrode may be at least one of gold (Au), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel (Ni), and copper (Cu). The thickness of the lower electrode may be several hundreds to several thousands of angstroms.

상기 하부전극 및 상기 상부전극은 반도체의 종류에 따라 핀형(PIN type) 또는 쇼트키형(Schottky type)으로 전극이 형성될 수 있다. 상기 하부전극 및 상기 상부전극은 인쇄배선회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 또는 세라믹계 기판에 본딩될 수 있는 부분일 수 있다.The lower electrode and the upper electrode may be formed of a PIN type or a Schottky type according to the type of the semiconductor. The lower electrode and the upper electrode may be a part that can be bonded to a printed circuit board (PCB) or a ceramic-based substrate.

제1 상부전극(110)의 상면은 섬광체(112)의 단결정 또는 섬광체(112)가 형성될 수 있다. 상기 섬광체(112)는 CsIITl, CWO, LaBr3, NaI(Tl) 및 CeBr 중 하나의 물질일 수 있다. 또한 상기 형성된 섬광체 표면은 빛반사 용액(Reflective solution), 테프론(Tefoln) 및 알루미늄 호일(Al foil) 중 하나가 얇은 반사막(미도시)으로 형성될 수 있다.The upper surface of the first upper electrode 110 may be formed of a single crystal or a scintillator 112 of the scintillator 112. The scintillator 112 may be one of CsIITl, CWO, LaBr3, NaI (Tl) and CeBr. Also, the surface of the formed scintillator may be formed of a thin reflective film (not shown) as one of a reflective solution, a Teflon, and an Al foil.

제3 상부전극(130)의 상면은 중성자 반응물질(132)이 형성될 수 있다. 상기 중성자 반응물질(132)은 6Li, 10B 및 Gd 중 하나의 물질일 수 있다. 중성자 반응물질(132)은 캡슐화가 되기 위해 금속전극(134)이 얇게 형성될 수 있다.The upper surface of the third upper electrode 130 may be formed with a neutron reacting material 132. The neutron reacting material 132 may be one of 6 Li, 10 B, and Gd. The neutron reacting material 132 may be thinned to form the metal electrode 134 to be encapsulated.

제4 상부전극(140)의 상면은 원자번호가 높은 금속물질이 형성되어 차폐(shielding)가 될 수 있다. 상기 원자번호가 높은 금속물질은 Pb+, Cu+, Pb 및 Cu 중 어느 하나의 금속박막이 형성된 차폐막이 포함될 수 있다. The upper surface of the fourth upper electrode 140 may be shielded by forming a metal material having a high atomic number. The metal having a high atomic number may include a shielding film formed of a thin metal film of any one of Pb +, Cu +, Pb and Cu.

제1 감지막은 엑스선 및 감마선 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다. 제1 감지막은 섬광체(112) 및 반사막을 포함할 수 있다. 제1 감지막은 엑스선 또는 감마선이 섬광체(112)에 투사되면서 발생하는 섬광량을 감지할 수 있다. 상기 감지된 섬광량은 전자회로를 통하여 전기적 신호로 변환될 수 있다.The first sensing film may sense at least one of an X-ray and a gamma ray. The first sensing film may include a scintillator 112 and a reflective film. The first sensing layer may detect the amount of island light generated when the X-ray or gamma ray is projected on the scintillator 112. The sensed light amount can be converted into an electrical signal through an electronic circuit.

상기 반사막은 섬광체(112)에서 발생되는 섬광량이 최대한 집중시키기 위해 섬광체(112) 주위에 형성될 수 있다. 이를 통해, 제1 감지막은 섬광량을 최대한 흡수할 수 있다The reflective film may be formed around the scintillator 112 to maximize the amount of scintillation generated in the scintillator 112. Thereby, the first sensing film can absorb the island light amount as much as possible

제2 감지막은 알파선 및 베타선 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다. 제2 감지막은 어느 물질도 형성되지 않을 수 있다. 즉, 제2 감지막은 제2 상부전극일 수 있다. 알파선은 헬륨 원자핵으로 이뤄져 있어서 질량이 크고, 쉽게 흡수되지만 공기 중에서 멀리 이동하지 못하기 때문에 옷이나 종이 한 장으로도 차단이 가능하다. 베타선은 전자로 이루어져 있기 때문에 알파선보다는 멀리 가지만 1.3미터 두께의 공기나 1.5센티미터 두께의 물, 몇 밀리미터 정도의 고체로도 차단이 된다. 즉, 알파선과 베타선은 에너지의 차이가 크다. 제2 감지막은 상기 성질을 이용하여 알파선과 베타선을 구분할 수 있다. 제2 감지막은 알파선 및 베타선 중 어느 하나의 방사선이 제2 상부전극(110)을 투사되면서 발생되는 투과율을 측정할 수 있다. 상기 측정된 투과율은 전자회로를 통하여 전기적 신호로 변환될 수 있다.The second sensing layer may sense at least one of an alpha line and a beta line. No material may be formed in the second sensing film. That is, the second sensing film may be the second upper electrode. Alpha is made up of helium nuclei, which is massive and easily absorbed, but can not be moved away from the air, so it can be blocked with a piece of cloth or paper. Because the beta line is made up of electrons, it is farther away from the alpha line, but it is also blocked by 1.3 meters of air, 1.5 centimeters of water, and a few millimeters of solid. In other words, the energy difference is large between the alpha ray and the beta ray. The second sensing layer can distinguish the alpha and beta lines using the above properties. The second sensing layer may measure the transmittance generated when one of the alpha ray and the beta ray is projected on the second upper electrode 110. The measured transmittance may be converted into an electrical signal through an electronic circuit.

제3 감지막은 중성자를 감지할 수 있다. 제3 감지막은 중성자 반응물질(132) 및 금속전극(134)을 포함할 수 있다. 제3 감지막은 중성자가 중성자 반응물질(132)에 투사되면서 발생하는 화학반응의 양을 측정할 수 있다. 제3 센서에서 측정된 화학반응의 양은 전자회로를 통하여 전기적 신호로 변환될 수 있다.The third sensing membrane can sense neutrons. The third sensing film may include a neutron reacting material 132 and a metal electrode 134. The third sensing film can measure the amount of chemical reaction that occurs when the neutron is projected onto the neutron reacting material 132. The amount of chemical reaction measured at the third sensor can be converted to an electrical signal through an electronic circuit.

기준막은 모든 종류의 방사선과 반응하지 않을 수 있다. 기준막은 금속박막(142)을 포함할 수 있다. 기준막은 방사선을 투사하여도 반응하지 않기 때문에 기준(reference) 역할을 할 수 있다. 또한 기준막은 노이즈를 체크할 수 있기 때문에 감도(sensitivity)를 높일 수 있다. 즉, 기준막은 기준막 자체의 노이즈 레벨을 알고 있으면, 제1 내지 제3 감지막의 노이즈 레벨을 동시에 알 수 있다. 따라서, 기준막은 방사선과 반응한 제1 내지 제3 감지막의 노이즈 레벨을 알 수 있다. 이로 인해 방사선과 방응한 제1 내지 제3 감지막의 신호와 구분할 수 있으므로 감도를 높일 수 있다.The reference membrane may not react with all kinds of radiation. The reference film may include a metal thin film 142. The reference film can serve as a reference because it does not react even when projecting the radiation. Also, since the reference film can check the noise, the sensitivity can be increased. That is, if the noise level of the reference film itself is known, the reference film can simultaneously detect the noise levels of the first to third sensing films. Therefore, the reference film can know the noise level of the first to third sensing films which have reacted with the radiation. As a result, the signal can be distinguished from the signals of the first to third sensing films which are irradiated with radiation, so that the sensitivity can be increased.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서와 전자회로의 연결을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a connection between a hetero-ray measurement sensor and an electronic circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도 3(a)은 일 실시예로 이종 방사선 측정 센서와 전자회로의 연결관계를 설명하는 도면이고, 도 3(b)은 다른 실시예로 이종 방사선 측정 센서와 전자회로의 연결관계를 설명하는 도면이다.3 (a) is a view for explaining the connection relation between the heterogeneous radiation measurement sensor and the electronic circuit in one embodiment, and FIG. 3 (b) is a view for explaining the connection relationship between the heterogeneous radiation measurement sensor and the electronic circuit Fig.

이종 방사선 측정 센서(1)의 하부전극은 동종의 전자회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전자회로는 전치 증폭기(preamplifier), 증폭기(amplifier), 아날로그 디지털 변환기(Analog-Digital Converter, ADC), 마이크로 채널 구조(Micro Channel Architecture) 및 카운터(counter)를 포함할 수 있다.The lower electrode of the heterogeneous radiation measurement sensor 1 can be electrically connected to a similar electronic circuit. The electronic circuit may include a preamplifier, an amplifier, an analog-to-digital converter (ADC), a micro channel architecture, and a counter.

도 3(a)은 이종 방사선 측정 센서(1)의 감지막마다 각각의 전자소자와 전기적으로 연결된 것을 도시하고 있다. 이종 방사선 측정 센서(1)는 이종 방사선을 측정할 수 있다. 상기 측정된 이종 방사선은 미세 신호일 수 있다. 전치 증폭기는 측정된 신호를 증폭하여 잡음의 혼입(mixing) 또는 신호잡음비의 저하를 방지할 수 있다. 증폭기는 상기 증폭된 신호를 다시 증폭할 수 있다. ADC는 상기 증폭된 신호를 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 이종의 방사선 에너지 스펙트럼을 측정할 수 있다. 특히, 카운터는 이종의 방사선의 양에 대한 데이터를 측정할 수 있다. 컴퓨터는 디지털 신호로 변환된 데이터를 기초로 제어할 수 있고, 상기 제어된 결과를 디스플레이할 수 있다. 상기 디스플레이는 모니터, 액정 및 프로젝터 중 하나의 장치일 수 있다.3 (a) shows that each of the sensing films of the different kind of radiation measuring sensor 1 is electrically connected to each electronic device. The heterogeneous radiation measuring sensor 1 can measure heterogeneous radiation. The measured heterogeneous radiation may be a fine signal. The preamplifier can amplify the measured signal to prevent noise mixing or deterioration of the signal to noise ratio. The amplifier may again amplify the amplified signal. The ADC can convert the amplified signal into an analog signal to a digital signal to measure a different radiation energy spectrum. In particular, the counter can measure data on the amount of different types of radiation. The computer can control based on the data converted into the digital signal, and can display the controlled result. The display may be one of a monitor, a liquid crystal, and a projector.

도 3(b)은 이종 방사선 측정 센서(1)의 각각의 감지막이 하나의 전자소자와 전기적으로 연결된 것을 도시하고 있다. 상기 하나의 전자소자는 전치 증폭기 및 증폭기가 하나의 칩으로 된 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)일 수 있다. 이를 통해 도 3(b)은 도 3(a)보다 간단한 전자회로 구조를 가질 수 있고, 부피를 줄일 수 있다.3 (b) shows that each sensing film of the different kind of radiation measuring sensor 1 is electrically connected to one electronic element. The one electronic device may be an application specific integrated circuit (ASIC) having a single chip of a preamplifier and an amplifier. Thus, FIG. 3 (b) can have a simpler electronic circuit structure than FIG. 3 (a), and the volume can be reduced.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판에 형성된 가드전극을 설명하기 위한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a guard electrode formed on a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 4(a)는 반도체 기판(10)의 상면에 형성된 가드전극(Guard electrode)(410)을 도시한 사시도이고, 도 4(b)는 반도체 기판(10)의 하면에 형성된 가드전극(420)을 도시한 사시도이다.4A is a perspective view showing a guard electrode 410 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10 and FIG. And is a perspective view showing a guard electrode 420 formed.

반도체 기판(10)은 상부전극 및 하부전극의 각 패턴 사이에 가드전극(410, 420)를 형성될 수 있다. 상기 가드전극은 전위차를 갖는 모든 금속간에 전방향으로 생성되는 전기장을 어느 정도 막고, 적어도 센서로 사용되는 전극에 대해서는 전기장을 원하는 형태에 가깝게 형성하기 위해 만드는 일종의 더미 전극이다.In the semiconductor substrate 10, guard electrodes 410 and 420 may be formed between respective patterns of the upper electrode and the lower electrode. The guard electrode is a kind of dummy electrode which prevents an electric field generated in all directions between all metals having a potential difference to some extent and at least forms an electric field close to a desired shape for an electrode used as a sensor.

반도체 기판(10)은 가드전극(410)를 이용하여 상면의 각 상부전극의 누설전류를 막을 수 있다. 반도체 기판(10)은 가드전극(420)를 이용하여 하면의 각 하부전극의 누설전류를 막을 수 있다. 또한 반도체 기판(10)은 가드전극(410)에 센서의 전압보다 낮은 전압을 인가하여 전극 사이의 누화(cross-talk)를 막을 수 있다.The semiconductor substrate 10 can prevent the leakage current of each upper electrode on the upper surface by using the guard electrode 410. [ The semiconductor substrate 10 can prevent the leakage current of each lower electrode of the lower surface by using the guard electrode 420. In addition, the semiconductor substrate 10 can apply a voltage lower than the voltage of the sensor to the guard electrode 410 to prevent cross-talk between the electrodes.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서의 배열을 설명하기 위한 사시도이다.5 is a perspective view illustrating an arrangement of a hetero-ray measurement sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 이종 방사선 측정 센서(1)는 다중 배열을 할 수 있다. Referring to FIG. 5, the heterogeneous radiation measurement sensor 1 may be arranged in multiple arrays.

다중 방사선 측정 센서(1)는 바둑판 형상으로 다중 배열을 할 수 있다. 다중 방사선 측정 센서(1)는 다중 배열을 통하여 단일 배열보다 방사선 측정에 대한 감도를 높일 수 있다. 다중 방사선 측정 센서(1)는 방사선 이미지를 보기 위해 다중 배열을 할 수 있다.The multi-beam radiation measuring sensor 1 can be arranged in a checkered pattern. The multiple radiation measurement sensor 1 can increase the sensitivity to radiation measurements over a single arrangement through multiple arrangements. The multi-radiation measuring sensor 1 can perform multiple arrays to view the radiation image.

다중 배열된 다중 방사선 측정 센서(1)는 여러 방향으로 방사선이 수신될 수 있다. 다중 배열된 다중 방사선 측정 센서(1)로 수신된 방사선은 하나의 영상 이미지로 변환될 수 있다. 따라서, 다중 배열된 다중 방사선 측정 센서(1)는 하나의 다중 방사선 측정 센서(1)에서 측정되는 방사선보다 넓은 범위가 측정될 수 있다. 또한 다중 배열된 다중 방사선 측정 센서(1)는 하나의 다중 방사선 측정 센서(1)보다 정확하고, 측정 감도가 높을 수 있다.The multi-arrayed multi-beam measurement sensor 1 can receive radiation in various directions. The radiation received by the multi-arrayed multiple radiation measuring sensor 1 can be converted into a single image image. Thus, the multi-arrayed multi-beam measuring sensor 1 can be measured over a wider range than the radiation measured in one multi-beam measuring sensor 1. [ Also, the multi-arrayed multi-beam measuring sensor 1 can be more precise than single multi-beam measuring sensor 1, and the measuring sensitivity can be high.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 방사선 측정 센서를 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hetero-ray measurement sensor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 이종 방사선 측정 센서(1)는 이종의 방사선을 측정할 수 있다. 이종 방사선 측정 센서(1)는 알파선, 베타선, 엑스선, 감마선 및 중성자 중 어느 하나의 방사선을 측정할 수 있다. 이종 방사선 측정 센서(1)를 제조하는 방법은 크게 4 단계로 나눌 수 있다.Referring to FIG. 6, the heterogeneous radiation measuring sensor 1 can measure different kinds of radiation. The heterogeneous radiation measurement sensor 1 can measure radiation of any one of alpha, beta, x-ray, gamma ray and neutron. The method of manufacturing the heterogeneous radiation measuring sensor 1 can be roughly classified into four steps.

제1 단계는 반도체 기판(10)을 마련한다(S100). 상기 반도체 기판은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 비소(GaAs), 카드뮴 텔루르(CdTe), 카드뮴 징크 텔루르(CdZnTe), 요오드화 제2수은(HgI2), Ⅳ족 반도체, Ⅱ-Ⅳ족 반도체 및 Ⅲ-Ⅳ족 반도체 중 하나의 반도체로 구성될 수 있다.In the first step, a semiconductor substrate 10 is provided (S100). The semiconductor substrate may include at least one of silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), cadmium tellurium (CdTe), cadmium zinc telluride (CdZnTe), mercuric iodide (HgI2), Group IV semiconductor, Group II-IV Semiconductor and a semiconductor of one of III-IV group semiconductors.

제2 단계는 하부전극을 형성한다(S110). 제2 단계는 반도체 기판(10)의 하면에 적어도 하나의 하부전극을 형성할 수 있다. 상기 하부전극은 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나일 수 있고, 두께는 수 백 내지 수 천 Å일 수 있다. 또한 상기 하부전극은 제1 하부전극(210), 제2 하부전극(220), 제3 하부전극(230) 및 제4 하부전극(240)를 포함할 수 있다.The second step forms a lower electrode (S110). In the second step, at least one lower electrode may be formed on the lower surface of the semiconductor substrate 10. The lower electrode may be at least one of gold (Au), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel (Ni), and copper (Cu), and may have a thickness of several hundreds to several thousands of angstroms. The lower electrode may include a first lower electrode 210, a second lower electrode 220, a third lower electrode 230, and a fourth lower electrode 240.

제3 단계는 상부전극을 형성한다(S120). 제3 단계는 반도체 기판(10)의 상면에 복수의 상부전극을 형성할 수 있다. 상기 상부전극은 상기 하부전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 상부전극은 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나일 수 있고, 두께는 수 백 내지 수 천 Å일 수 있다. 또한 상기 상부전극은 제1 상부전극(110), 제2 상부전극(120), 제3 상부전극(130) 및 제4 상부전극(140)를 포함할 수 있다.The third step forms the upper electrode (S120). In the third step, a plurality of upper electrodes may be formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The upper electrode may be electrically connected to the lower electrode. The upper electrode may be at least one of gold (Au), aluminum (Al), platinum (Pt), nickel (Ni), and copper (Cu) and may have a thickness of several hundreds to several thousands of angstroms. The upper electrode may include a first upper electrode 110, a second upper electrode 120, a third upper electrode 130, and a fourth upper electrode 140.

상기 제2 단계 및 제3 단계는 제조 공정에 따라 서로 바뀔 수 있다. 즉, 상부전극을 제2 단계에 형성하고, 하부전극을 제3 단계에 형성할 수 있다.The second and third steps may be changed according to the manufacturing process. That is, the upper electrode may be formed in the second step and the lower electrode may be formed in the third step.

제4 단계는 감지막을 형성한다(S130). 제4 단계는 각각의 상부전극에 엑스선 또는 감마선을 감지하는 제1 감지막, 알파선 또는 베타선을 감지하는 제2 감지막, 중성자를 감지하는 제3 감지막 및 방사선을 감지하지 않는 기준막을 형성할 수 있다.The fourth step forms a sensing film (S130). In the fourth step, a first sensing film for sensing X-ray or gamma ray, a second sensing film for sensing an alpha or beta ray, a third sensing film for sensing neutrons, and a reference film not sensing radiation can be formed on each upper electrode have.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.

1: 이종 방사선 측정 센서 10: 반도체 기판
110: 제1 상부전극 112: 섬광체
120: 제2 상부전극 130: 제3 상부전극
132: 중성자 반응물질 134: 금속전극
140: 제4 상부전극 142: 금속박막
210: 제1 하부전극 220: 제2 하부전극
230: 제3 하부전극 240: 제4 하부전극
410: 제1 가드전극 20: 제2 가드전극 1: heterogeneous radiation measuring sensor 10: semiconductor substrate
110: first upper electrode 112: scintillator
120: second upper electrode 130: third upper electrode
132: Neutron reactant 134: Metal electrode
140: fourth upper electrode 142: metal thin film
210: first lower electrode 220: second lower electrode
230: third lower electrode 240: fourth lower electrode
410: first guard electrode 20: second guard electrode

Claims (4)

반도체 기판;
상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제1 내지 제4 하부전극;
상기 반도체 기판의 상면에 상기 제1 내지 제4 하부전극과 각각 전기적으로 연결되는 제1 내지 제4 상부전극;
상기 제1 내지 제3 상부전극 상에 배치된 각각 다른 물질과 반응하는 제1 내지 제3 감지막; 및
상기 제4 상부전극 상에 배치된 차폐막; 을 포함하되,
상기 제1 감지막은 상기 제1 상부전극의 상면에 섬광체를 배치하고 상기 섬광체에 반사막을 배치함으로써 형성되고, 엑스선 및 감마선 중 적어도 어느 하나를 감지하고,
상기 제2 감지막은 알파선 및 베타선 중 적어도 어느 하나를 감지하고,
상기 제3 감지막은 상기 제3 상부전극의 상면에 중성자 반응 물질을 배치하고, 중성자를 감지하고,
상기 차폐막은 금속박막으로 형성되어 상기 제1 내지 제3 감지막에 대한 레퍼런스(reference) 역할을 하고, 상기 차폐막 자체의 노이즈 레벨을 기준으로 하여 상기 제1 내지 제3 기준막의 각각의 노이즈를 측정하는 것을 특징으로 하는 이종 방사선 측정 센서.
A semiconductor substrate;
First to fourth lower electrodes formed on the lower surface of the semiconductor substrate;
First to fourth upper electrodes electrically connected to the first to fourth lower electrodes on the upper surface of the semiconductor substrate;
First to third sensing films which are respectively disposed on the first to third upper electrodes to react with different materials; And
A shielding film disposed on the fourth upper electrode; ≪ / RTI >
Wherein the first sensing film is formed by arranging a scintillator on the upper surface of the first upper electrode and arranging a reflection film on the scintillator, sensing at least one of an X-ray and a gamma ray,
Wherein the second sensing layer senses at least one of alpha and beta lines,
The third sensing layer may be formed by disposing a neutron reacting material on the upper surface of the third upper electrode,
The shielding film is formed of a metal thin film and serves as a reference for the first to third sensing films and measures the noise of each of the first to third reference films based on the noise level of the shielding film itself And a sensor for measuring a different kind of radiation.
제 1항에 있어서,
상기 제1 감지막의 섬광체에 투사된 엑스선 및 감사선 중 어느 하나의 섬광량을 측정하여 엑스선 및 감마선 중 적어도 어느 하나를 감지하는 것을 특징으로 하는 이종 방사선 측정 센서.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the X-ray and the gamma ray is detected by measuring the amount of light of any one of the X-ray and the audited ray projected on the scintillator of the first sensing film.
제 1항에 있어서,
상기 제2 감지막에 투사된 알파선 및 베타선 중 어느 하나의 투과율을 측정하여 알파선 및 베타선 중 어느 하나를 감지하는 것을 특징으로 하는 이종 방사선 측정 센서.
The method according to claim 1,
Wherein one of the alpha ray and the beta ray is detected by measuring the transmittance of one of the alpha ray and the beta ray projected on the second sensing film.
제 1항에 있어서,
상기 제3 감지막에 투사된 중성자가 상기 중성자 반응 물질과 화학반응한 양을 측정하여 중성자를 감지하는 것을 특징으로 하는 이종 방사선 측정 센서.
The method according to claim 1,
Wherein a neutron is detected by measuring an amount of a neutron projected on the third sensing film to chemically react with the neutron reacting material.
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