X-ray imaging detector in combination with scintillator screens have been widely used in digital X-ray imaging applications. The degradation of spatial resolution by light diffusion in scintillator layer can be overcome by pixelation. In this research, terbium doped gadolinium oxysulfide ($Gd_2O_2S:Tb$) was used as scintillation material for pixelated scintillator screen based on silicon substrates with micropore array of various dimensions fabricated using the photolithography and deep reactive ion etching (DRIE) process. The relative light output and the modulation transfer function (MTF) of each fabricated scintillator screen were measured by a cooled CCD for analysis of the effect of pixelated silicon substrate and optimization of micropore geometry in pixelated scintillator screen. The light transport simulation in pixelated scintillator geometry is conducted using MCNPX and LightTools simulation code. The simulation result is well matched with measurement results when compared of the measurement and simulation results. As the results, higher spatial resolution was obtained for smaller micropore pitch. The light output of the pixelated scintillator screens with equivalent fill factor decreases as the micropore pitch size decreases or the micropore thickness increases. This is most likely due to the light absorption in silicon wall surfaces. Therefore, further treatment of the wall surface, such as SiO2 reflective coating, seems necessary to compensate the reduction of the light generated. Then, the micropore thickness can be optimized to maximize the light output. The $Gd_2O_2S:Tb$ pixelated scintillator screen that has optimized micropore geometry could be applied to digital X-ray imaging.
섬광체와 결합된 X선 영상 검출기가 디지털 X선 영상 분야에서 널리 사용되고 있다. 섬광체에서 일어나는 섬광 산란으로 인한 공간 분해능의 저하는 섬광체의 픽셀화를 통하여 섬광 산란을 억제하고, 그 결과로 공간 분해능을 향상 시킬 수 있다. 이 연구에서는 픽셀화 된 섬광체 스크린 제작을 위해 미세구멍 배열을 가지는 실리콘 기판의 사용과 함께 terbium이 첨가된 gadolinium oxysulfide를 섬광 물질로 사용하였다. 실리콘 기판을 이용한 섬광체의 픽셀화가 공간 분해능과 광량에 미치는 영향을 알아보기 위해 Photolithography와 Deep reactive ion etching (DRIE) 공정을 이용하여 다양한 크기와 두께의 미세구멍 배열을 가지는 실리콘 기판을 제작하였으며 픽셀화 된 섬광체 스크린의 미세구멍 구조를 최적화하기 위해 제작된 섬광체의 광량과 MTF를 CCD 카메라를 이용하여 측정하였다. MCNPX와 LightTools 시뮬레이션을 이용하여 픽셀화 된 섬광체 내에서 일어나는 광자 수송을 모사하고 그 결과를 측정된 결과와 비교하였을 때 거의 일치하였다. 연구 결과 미세구멍의 피치와 관련해서 미세구멍의 피치가 작아질수록 공간 분해능이 향상되었으며 제작된 섬광체 스크린의 필팩터가 동일하다고 고려했을 때 미세구멍의 피치가 작아질수록 광량은 감소하였으며 미세구멍의 두께가 증가할수록 광량은 역시 감소하였다. 이것은 섬광 물질에 의해 생성된 광자들이 실리콘 격벽의 표면에서 50%이상 흡수되기 때문이다. 즉, 실리콘 격벽의 표면에서 광량흡수에 의한 광량의 감소가 미세구멍의 두께 증가에 의한 광량 증가보다 더 많은 영향을 미치기 때문이다. 그러므로 격벽의 표면에서 흡수되는 광량을 보존하기 위해서 $SiO_2$ 반사막 코팅과 같은 격벽 표면의 처리가 필요하다. 격벽의 표면을 반사막으로 코팅함으로써 광량을 최대화하는 미세구멍의 두께를 찾을 수 있을 것이다. 최적화 된 미세구멍 가지는 픽셀화 된 $Gd_2O_2S:Tb$ 섬광체 스크린은 디지털 X선 영상에 유용하게 적용되어 질 수 있을 것이다.
