In this study, the effect of lateral surface treatment of Cadmium Telluride (CdTe) X-ray image sensor has been investigated. Because of non-uniform edge pixels in CdTe X-ray sensor, the effective pixels which can be used for final image are reduced, and a line defect is introduced when several sensors are butted together for target resolution.
The rough lateral surface after dicing process has many defects and these defects affect the surface leakage and electric field in CdTe sensor. An ATLAS simulation shows the increase of surface leakage and electric field distortion due to high trap density on lateral surface.
In order to reduce roughness of lateral surface, polishing process under $40\mu m$ depth is introduced. The polishing process reduces dead pixels by 76% from 304 to 76. Almost dead pixels near device edge, polished lateral surface side, are turn into normal pixels.
In order to reduce surface leakage current, 100nm $SiO_2$ is deposited on lateral surface. A passivation layer with $SiO_2$ is deposited by e-beam evaporation method. The output level of edge pixels near the passivation layer are settled down to that of inner pixels. Bad pixels reduce 47% from 287 to 150.
The non-uniform edge pixels are improved by lateral surface treatment without affecting inner pixels of CdTe X-ray image sensor. The effective resolution is extended thus the whole area of CdTe X-ray sensor can be used for final image.
본 논문에서는 배열형 CdTe X-선 영상 센서의 가장 자리 픽셀의 반응을 개선하기 위한 측면 처리 방안에 관해 논의되었다. 가장 자리 픽셀에서의 균일하지 못 한 반응이 소자에서 영상으로 사용될 수 있는 유효 화소수를 떨어뜨리게 되며, 여러 소자를 연결해서 구성하는 시스템에 있어서 영상의 선결함을 가져온다.
CdTe X-선 센서의 측면 상태를 살펴보아 표면 상태의 거칠기를 측정 하였으며, 소자 절단 이후의 이러한 측면의 거친 측면 상태가 트랩 상태의 증가를 의미 할 수 있다. ATLAS 시뮬레이션을 수행하여 측면의 표면 상태가 표면 전류를 증가 시킬 수 있으며, 또한 CdTe 내부 전기장을 왜곡 시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
센서 측면의 표면 상태를 개선하기 위해서 측면에서 40μm 이하의 깊이로 연마 공정을 적용하여, 50% 이상의 표면 거칠기를 개선 하였다. 표면 거칠기가 개선된 소자의 불량 화소가 304개에서 76개로 76% 감소 했으며, 연마 공정이 가해진 면에 가까운 불량 화소들이 대부분 정상 화소로 개선 되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 센서 측면의 누설 전류를 줄이는 방법으로 100nm 두께의 $SiO_2$ 보호막을 e-beam evaporation 방식에 의해 증착하였다. $SiO_2$ 보호막이 증착된 면에 가까운 곳에서 287개의 불량 화소가 150개로 47% 감소 하였으며, 출력 레벨에서도 안쪽 화소의 출력 수준으로 안정되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 측면 처리를 통해 안쪽 화소에는 영향을 미치지 않고 가장 자리 화소를 개선 시켜 유효 화수를 소자 전체로 확대할 수 있었다.
