The PET (Positron Emission Tomography) is a functional imaging device for diagnosis of cancer, dementia, etc. And the PET-MRI (Magnetic Resonance imaging) detector is new device for medical imaging. In the PET-MRI, detector must be insensitive to magnetic field. So the PMT (PhotoMultiplier Tube) is not acceptable detector for PET-MRI. To replace PMT, researchers study about SiPM (Silicon PhotoMultiplier). SiPM has better properties in timing resolution and spatial resolution than PMT, but energy resolution is not better than PMT. To optimize the SiPM’s energy resolution, analysis of DCR (Dark Count Rate) and $\Gamma$-ray spectrum was conducted. To decide SiPM’s bias voltage, the I-V test was performed. And DCR was measured by single G-APD (Geiger mode Avalanche Photo Diode). And $\Gamma$-ray spectrum show FWHM of peak energy. The FWHM and energy resolution is signal; the DCR is noise source of energy resolution. In experiment, scintillator was LSO. And the experiments were performed by power suppliers, pre-amp board, shaping amp, and MCA (Multi Channel Analyzer). The bias voltage range is 25.5 V to 26.3 V. That range is Geiger-mode in SiPM, tested by I-V test. The DCR increases as bias voltage increases. And energy resolution decreases as bias voltage increase. The DCR was 0.3 kHz to 400 kHz. The energy resolution is about 20% ~ 22%. From Poisson calculation, noise from DCR is about 0.083 counts, noise from light statistics is about 5 counts. That means DCR has little effect to statistical noise. The energy resolution decreases as shaping time increases. But the slope is not rapid. The energy resolution is less affected by shaping time. That means the tested SiPM is in thermal noise region. In conclusion, to increase energy resolution, bias voltage increases and shaping time decreases. But bias voltage has biggest effect to energy resolution.
양전자단층촬영장치(PET)은 선명도는 높지만 해상도는 높지 않아 해상도가 뛰어난 장치와 함께 촬영하는 것이 보다 효율적이다. 그리하여 자기공명촬영장치(MRI)와 결합하는 것이 연구되고 있다. 기존 PET에 사용되는 PMT는 자기장의 영향을 많이 받기 때문에 이를 대신하는 검출기를 연구할 필요가 있다. PMT를 대신할 유력한 장치로는 SiPM (Silicon PhotoMultiplier) 이 있다. SiPM은 여러 개의 G-APD (Geiger-mode Avalanche Photo Diode)로 구성되어 각각의 G-APD가 전자를 증폭하는 역할을 한다. 이 SiPM은 PMT보다 시간 분해능과 공간 분해능은 좋지만 에너지 분해능이 좋지 않다. 이를 해결하고자 SiPM의 에너지 분해능을 분석하는 연구를 수행하였다. SiPM과 G-APD는 KAIST RDMISL에서 설계하고 나노펩센터에서 제작하였다. 그리고 비교를 위해 SensL 사에서 SiPM 칩을 구매하였다. 본격적인 연구에 들어가기 전에 SiPM의 항복 전압을 구하기 위해 칩의 I-V 테스트를 실시하였고, 25 V에서 27 V가 SiPM이 동작하는 전압 범위임을 알 수 있었다. 그래서 G-APD를 이용한 DCR (Dark Count Rate) 실험에서는 25.5 V에서 26.4 V 전압 범위에서 실험을 하였고, SiPM을 이용한 에너지 분해능을 구하는 실험에서는 25.5 V에서 26.3 V 전압 범위에서 실험을 하였다. DCR은 변수가 전압뿐이었지만, 에너지 분해능은 전압 외에도 shaping time, 감마선원에 따른 차이도 살펴보았다. 그 결과 DCR은 전압이 클수록 증가한다. 그리고 에너지 분해능은 전압이 클수록 감소하고, shaping time이 클수록 감소하며 감마선원의 세기가 클수록 증가한다. 단 전압과 감마선원의 세기는 에너지 분해능에 눈에 띄는 변화를 주지만, shaping time은 큰 변화를 관찰하지 못하였다. 결론을 내리자면 에너지 분해능을 좋게 하기 위해서는 전압을 증가시키고 감마선원의 세기를 증가하는 것이 가장 좋은 방법임을 알 수 있었다.
