Direct and indirect digital radiography systems are replacing analog methods using film for X-ray imaging. In most of the current radiation imaging modalities, inorganic scintillators are employed in indirect digital radiography. In x-ray radiography (static imaging) an attenuation profile of a part of the human body is projected onto a two-dimensional position-sensitive radiation detector (PSD) coupled with the scintillator that makes use of the conversion of x-rays into light and subsequently of light into electrons. Especially, the emission spectrum of CsI(Tl), peaking at 550nm, matches the quantum efficiency curve of amorphous silicon quite well. We have been fabricating polycrystalline CsI(Tl) layers by simple evaporation process, which can not affirm the uniformity of thallium concentration because of the difference of melting temperature between CsI(660℃) and TlI(440℃). Most of thallium iodide particles are supposed to be evaporated before cesium iodide powder melts. As deposition, the scintillator has little light output because the greater part of that does not involve the activator, thallium. We showed that thallium is diffused by heat treatment, and that the light intensity of the scintillation increases according to the heat-treatment. Indirect methods using scintillators with optical detectors exhibit poor spatial resolution because of scintillation light scattering. The compromise between X-ray energy absorption and spatial resolution restricts thickness and performance of scintillator. A thicker scintillator made for higher x-ray absorption results in reduced spatial resolution due to lateral light scattering and spreading. High radiation sensitivity and improved spatial resolution can be achieved if the scintillator is structured in such a way that the emitted visible light is guided to the photo-sensor. In this study, we fabricated CsI(Tl) polycrystalline layers by thermal evaporation process as simple planar structure and pixel structure. In the single pixel of the structured scintillator, the scintillation light may experience the total reflection because the refractive index of the scintillator is about 1.8 and the index of air is around 1. The reflection could make a disturbance of light spreading, and advance the spatial resolution.
현대의 X-선 영상은 디지털 신호의 형태로 검출되어 저장된다. 이로 인해 병원 등의 응용분야에서는 영상을 보다 효율적으로 저장 관리할 수 있게 되었으며, 여러 가지의 영상처리 기술도 활용할 수 있게 되었다. 그리고 영상을 전자 통신을 이용하여 빠르게 전송할 수 있는 단계에 이르렀다. 이러한 디지털 방사선 영상에는 방사선 신호를 직접 전기 신호로 변환하는 직접 변환과, 섬광체를 통해 가시광선으로 1차 변환한 후 가시광선을 전기 신호로 변환하는 간접 변환의 두 가지 방법이 있다. 의료 영상에서 주로 활용되는 방법은 간접 방법으로, 안정성과 상대적으로 싼 가격이 그 장점이다. 하지만 간접 방법에서는 섬광체에서 일어나는 섬광 산란으로 인한 공간 분해능의 저하가 큰 단점으로 지적된다. 본 연구에서는 cesium iodide 섬광체의 픽셀 구조화를 통하여 섬광 산란을 억제하고, 그 결과로 향상된 공간 분해능을 얻는 것을 목표로 세 단계의 연구를 진행하였다. 그 첫번째는 cesium iodide에 활성제로 thallium을 첨가하여 섬광효율을 향상시키는 것이다. 열 증기 증착으로 제작된 thallium이 첨가된 cesium iodide 섬광체에는 균일하지 못한 첨가물의 분포로 인하여 순수한 cesium iodide와 비슷한 섬광 효율이 관찰되었다. 그러나 증착 후 수행된 열처리에 의해 thallium 분포가 균일해지고 섬광 효율도 10배 정도 향상시킬 수 있었다. 두번째로 픽셀 모양으로 패터닝 된 기판 위에 열 증기 증착으로 cesium iodide 섬광체를 픽셀 모양으로 증착하였다. 이렇게 제작된 픽셀 구조 섬광체는 픽셀 구조화 되지 않은 섬광체와 비교하였을 때 공간 분해능이 두 배 가까이 증가하는 결과를 보여주었다. 마지막으로 이 섬광체 픽셀화 기술을 이용하여, CMOS 이미지 센서 위에 센서의 픽셀 모양대로 패터닝을 하고 그 위에 섬광체를 증착하였다. 그리하여, 섬광체의 픽셀과 이미지 센서의 픽셀이 일대일 대응이 이루어지는 일체형 X-선 영상 센서를 제작할 수 있었고, 그 영상 센서로부터 테스트 영상을 얻는데 성공하였다.
